粘弹性流体课件.ppt

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1、§2.4粘弹性流体粘弹性流体就是既具有粘性同时又具有弹性的流体。在定常剪切流场中，这种流体在外力作用下发生形变或流动，当外力消除后，它的形变会随时间回复或部分回复。粘弹性流体的流变性往往比较复杂，许多问题至今仍未得到很好地认识。一、粘弹性流体的一些流变现象1．爬杆现象2．挤出胀大现象3．同心套管轴向流动现象4．回弹现象5．无管虹吸现象6．次级流现象7．紊流减阻现象二、粘弹性流体的流变特征1．法向应力与法向应力差当力F作用于物体时，物体内部体积元所受的总应力（或物体内部某一点所受到的总应力）可用九

2、个应力分量表示，或者说可分解为九个应力分量，其中i代表应力分量作用的平面法向方向，j代表应力分量的方向，如下图所示，可用张量表示如下。其中，应力分量的下标1、2、3分别对应于x、y、z方向。τ11、τ22、τ33为法向应力，其它6个为剪切应力，并且，τ12＝τ21，τ13＝τ31，τ23＝τ32。对简单的剪切流动，τ13＝τ31＝0，τ23＝τ32＝0，故只有剪切应力τ12起作用。（1）剪切粘度为第一法向应力差，产生轴向压力，引起Weissenberg效应和挤出物胀大现象。为第二法向应力差，产生

3、径向压力，通常很小，并为负值。为描述剪切流场中流体流变性随剪切速率的变化性质，需要下面3个物料函数：当时，，称部分应力松弛，如图中的曲线b所示；当时，，称完全应力松弛，如图中的曲线c所示。2．应力松弛对粘弹性流体施加一恒定的应变，即保持应变随时间不变见图中的曲线a，那么流体内所受到的应力随时间而逐渐减小，这种特性称应力松弛。（2）第一法向应力系数（3）第二法向应力系数对于牛顿流体，和均为0，为常数。应力松弛曲线示意图tabc3．弹性滞后理想固体的应力－应变曲线为通过原点的直线，而且应力上升与

4、下降对应的应力－应变曲线完全重合，如图中的曲线a。而粘弹性流体的应力－应变曲线不是直线，而且其应力上升与下降对应的应力－应变曲线不重合，如图中的曲线b，这种特性称弹性滞后。滞后环的面积与应变随时间的变化速率有关，即应力是应变与时间的函数。弹性滞后曲线示意图ab4．蠕变与回复对理想固体施加一恒定的应力时，固体中瞬间产生对应的应变；当应力消除时，产生的应变也瞬间完全回复。对理想流体施加恒定的应力时，流体内产生的应变会随应力作用时间的增加而逐渐增大；当应力消除后，流体内产生的应变不会回复。对粘弹性

5、流体，对于应力的突然施加与突然消除，得到的应变－时间曲线是介于理想固体与理想流体之间的独特的特性曲线。在应力施加阶段的应变－时间曲线为蠕变曲线，在应力消除后对应的应变－时间曲线为回复曲线。蠕变与回复曲线5．线性粘弹性与非线性粘弹性流体的粘弹性可分为线性粘弹性和非线性粘弹性。线性粘弹性即应力、应变和应变速率之间成线性关系。粘弹性流体往往只能在较小的形变或形变速率下才出现线性特性。在较大的应变或剪切速率下，应力、应变和应变速率之间一般不成线性关系，即流体呈现非线性粘弹性。对非线性粘弹性状态下的流体，

6、所测的流变性数据受实验参数和测量系统几何尺寸的影响非常大，不是绝对值，只能用作比较。目前人们对粘弹性流体流变性的认识、描述在很大程度上仍停留在线性粘弹性范围。