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常见流变模型中参数的实际意义

浏览次数: 发布日期:2020-01-01 22:35

列管式冷凝器搅拌式反应釜专业生产厂家无锡天骥化工设备2020年1月1日讯 非牛顿流体流变特性及流动规律的研究是很多行业经常遇到的问题,本构方程的建立和流变参数的确定,是研究非牛顿流体流动和流变特性的基础,对优化配方、合成等生产工艺确定、计算、参数优选分析具有十分重要的作用。有些应用,像涂布、印刷、喷涂、压裂、驱油等很多应用需要对流体的特性有比较全面的流变测量、分析和筛选,有些物料的使用和生产也需要特别的流变特性和设计,因此对流变特性的计算提出了更苛刻的要求。


       在本公众号的一些相关文章中,对于在线黏度测量能获得的流变信息做了先容,可参见《从在线黏度测量数据能得到什么流变信息?》,文中对一些常见流体的模型做了简单先容。在实际交流过程中,发现很多客户对这些模型都很有兴趣,但对模型的适用性和参数的含义不是十分理解,为此准备了一些简单先容供大家参考!


一、常见的流体模型:

       目前常用的流变模型有宾汉、幂律、卡森、赫谢尔-巴尔克莱模型等,其它也还有不少模型,但根据计算的简便和实用性角度出发,以以上四种模型最为常见。

       根据所测物流体的流变特性,可以选择相应的模型,来对所测流体的流变特性进行评价和预测,不同的模型都有一定的适用性和局限性,因此可以根据研究的要求和流体的流变特性综合考虑选择最合适的模型。

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

       随着流变设计要求和流变测量技术的提高,模型的适用性开始分化和明确,相对而言,只考虑完全流动状态的,用宾汉模型和幂律模型基本可以满足,但如果流体具有一定屈服应力,同时需要考虑较低剪切率条件下的流变特性,就需要考虑选用含有τ0的模型,根据一些文献的报道,对于剪切率范围较宽的研究,似乎赫-巴模型会更多一些。

       屈服应力τ0是指流体受外力小于某临界值时会表现为类固体行为,而在外力大于该临界值时会表现为类液体行为,该临界值就是屈服应力,是从不流动到开始流动需要的外力。


二、模型参数的实际意义

       在上图中,已把各个参数的名称和单位做了简单说明,现就一些重要参数的实际意义做说明,为了更好的说明,选用了使用比较多的幂律流体模型做说明。

       以下两张流变曲线分别是对四种流体按照剪切力Vs剪切率、黏度Vs剪切率作图说明。

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

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       从以上两张图,结合模型的定义和方程出发,可以看出稠度系数和流动系数的不同意义。

       1、稠度系数是由流体本身的黏稠度(黏度)或表观黏度决定,如果在同样的剪切条件下,黏度高的物流,模型的稠度系数也高;反过来,稠度系数高的流体,在相同剪切率条件下,黏度也会高。

       2、流动系数表征的是剪切力/黏度随剪切率变化的程度,在模型中,如果流动系数越大,那么黏度随剪切率变化的变化程度越小,如果是假塑性流体的话,剪切变稀的程度越小,触变指数(TI)也越小(膨胀性流体正好相反)。

       一般来说,屈服应力和稠度系数呈正相关。

       a、如果是需要更大的屈服力、表观黏度和更大的剪切变稀特性,就可以选τ0、K更大和n更小的流体;

       b、如果是需要更大的屈服力、表观黏度和更小的剪切变稀特性,就可以τ0、K更大和n更大的流体

       c、如果是需要更小的屈服力、表观黏度和更小的剪切变稀特性,就可以τ0、K更小和n更大的流体

       d、如果是需要更小的屈服力、表观黏度和更大的剪切变稀特性,就可以τ0、K更小和n更小的流体。


三、结论和建议:

       通过以上的简单先容,可以看到,如果有了这些参数的数据积累,根据不同的应用要求,就可以确定一些应用所需的流变特性参数的合适范围,这样可以引导配方设计、生产工艺和质量保证,对稳定和持续提高产品的品质有了更多的指标体系,而不只是依靠黏度来估计产品的流变特性,这既是研发也是生产工艺控制需要注意的问题。

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