洗滌劑是不是非牛頓流體,牛頓流體與非牛頓流體區(qū)別?
牛頓流體是指在受力后極易變形,且切應(yīng)力與變形速率成正比的低粘性流體。凡不同于牛頓流體的都稱(chēng)為非牛頓流體。
牛頓內(nèi)摩擦定律表達(dá)式:τ=μγ
式中:τ--所加的切應(yīng)力;
γ--剪切速率(流速梯度);
μ--度量液體粘滯性大小的物理量,簡(jiǎn)稱(chēng)為黏度,物理意義是產(chǎn)生單位剪切速率所需要的剪切應(yīng)力。
從流體力學(xué)的角度來(lái)說(shuō),凡是服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱(chēng)為牛頓流體,否則稱(chēng)為非牛頓流體。
所謂服從內(nèi)摩擦定律是指在溫度不變的條件下,隨著流速梯度的變化,μ值始終保持一常數(shù)。
水、酒精等大多數(shù)純液體、輕質(zhì)油、低分子化合物溶液以及低速流動(dòng)的氣體等均為牛頓流體;高分子聚合物的濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體。
牛頓流體與非牛頓流體
洗滌劑是不是非牛頓流體?一般不是,非牛頓流體大多數(shù)是黏度比較高的泥漿之類(lèi)的,特別是高分子溶液或者熔體才能表現(xiàn)出非牛頓流體特性。像洗滌劑這種小分子液體,剪切應(yīng)力和剪切時(shí)間無(wú)關(guān)與速率成正比,完全符合牛頓流體特性。
英國(guó)科學(xué)家牛頓于1687年,發(fā)表了以水為工作介質(zhì)的一維剪切流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)是在兩平行平板間充滿水時(shí)進(jìn)行的,下平板固定不動(dòng),上平板在其自身平面內(nèi)以等速U向右運(yùn)動(dòng)。此時(shí),附著于上、下平板的流體質(zhì)點(diǎn)的速度,分別是U和0,兩平板間的速度呈線性分布,斜率是黏度系數(shù)。由此得到了的牛頓黏性定律。
斯托克斯1845年在牛頓這一實(shí)驗(yàn)定律的基礎(chǔ)上,作了應(yīng)力張量是應(yīng)變率張量的線性函數(shù)、流體各向同性及流體靜止時(shí)應(yīng)變率為零的三項(xiàng)假設(shè),從而導(dǎo)出了廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)研究的線性本構(gòu)方程,以及被廣泛應(yīng)用的納維-斯托克斯方程(簡(jiǎn)稱(chēng):納斯方程)。
后來(lái)人們?cè)谶M(jìn)一步的研究中知道,牛頓黏性實(shí)驗(yàn)定律(以及在此基礎(chǔ)上建立的納斯方程),對(duì)于描述像水和空氣這樣低分子量的簡(jiǎn)單流體是適合的,而對(duì)描述具有高分子量的流體就不合適了,那時(shí)剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間己不再滿足線性關(guān)系。為區(qū)別起見(jiàn),人們將剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間滿足線性關(guān)系的流體稱(chēng)為牛頓流體,而把不滿足線性關(guān)系的流體稱(chēng)為非牛頓流體。 早在人類(lèi)出現(xiàn)之前,非牛頓流體就己存在,因?yàn)榻^大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體。人身上的血液、淋巴液、囊液等多種體液,以及像細(xì)胞質(zhì)那樣的“半流體”,都屬于非牛頓流體。
近幾十年來(lái),促使非牛頓流體研究迅速開(kāi)展的主要?jiǎng)恿χ?,是聚合物工業(yè)的發(fā)展。聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、尼龍6、PVS、賽璐珞、滌綸、橡膠溶液、各種工程塑料、化纖的熔體、溶液等,都是非牛頓流體。
石油、泥漿、水煤漿、陶瓷漿、紙漿、油漆、油墨、牙膏、家蠶絲再生溶液、鉆井用的洗井液和完井液、磁漿、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛頓流體。
非牛頓流體在食品工業(yè)中也很普遍,如番茄汁、淀粉液、蛋清、蘋(píng)果漿、菜湯、濃糖水、醬油、果醬、煉乳、瓊脂、土豆?jié){、熔化巧克力、面團(tuán)、米粉團(tuán)、以及魚(yú)糜、肉糜等各種糜狀食品物料。
綜上所述,在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中,常遇到的各種高分子溶液、熔體、膏體、凝膠、交聯(lián)體系、懸浮體系等復(fù)雜性質(zhì)的流體,差不多都是非牛頓流體。有時(shí)為了工業(yè)生產(chǎn)的目的,在某種牛頓流體中,加入一些聚合物,在改進(jìn)其性能的同時(shí),也將其變成為非牛頓流體,如為提高石油產(chǎn)量使用的壓裂液、潤(rùn)滑劑等。
現(xiàn)在也有人將血液、果漿、蛋清、奶油等這些非常黏稠的液體,牙膏、石油、泥漿、油漆、各種聚合物(聚乙烯、尼龍、滌綸、橡膠等)溶液等非牛頓流體,稱(chēng)為軟物質(zhì)。