15. Течение неньютоновских жидкостей

93

Характер изменения |г_к для псевдопластичных жидкостей, например для растворов многих полимеров или суспензий с асимметричными частицами, часто связан с ориентацией их частиц (молекул) в направлении перемещения жидкости. Так, длинные молекулы поли­меров как бы вытягиваются в параллельные одна другой цепочки при значительных ско-

! йЫ)

Ростях сдвига; в результате величины и х становятся пропорциональными друг другу

(прямолинейный участок кривой 3 на рис. П-26).

в)Дилатантные жидкости, в отличие от псевдопластичных, характери­зуются возрастанием |г_к с увеличением^- (кривая 4 на рис. П-26). Для них также приме­нима зависимость (11,106), но показатель степени 1. Дилатантные жидкости менее распространены, чем псевдопластичные, и обычно представляют собой суспензии с большим содержанием твердой фазы.

... <1т

Ко второй группе относятся неньютоновские жидкости, у которых зависимость ^ от т

изменяется во времени. Для этих жидкостей кажущаяся вязкость и_к определяется ие только градиентом скорости, но и продолжительностью сдвига, т. е. предысторией жидкости.

В соответствии с характером влияния продолжительности сдвига на структуру жидко­сти в этой группе различают тиксотропные и реопектантные жидкости.

Для- тиксотропиых жидкостей с увеличением продолжительности воз­действия постоянного напряжения сдвига структура разрушается и текучесть возрастает. Однако после снятия напряжения структура жидкости постепенно восстанавливается, н она перестает течь. К числу таких жидкостей относятся, например, многие краски, благо­даря тиксотропныы свойствам которых облегчается нанесение и задерживается стекание краски, нанесенной на вертикальную поверхность. Легко наблюдать явление тиксотропии также на примере таких молочных продуктов, как простокваша, кефир и т. п., вязкость которых уменьшается' при взбалтывании.

■ Реопектантные жидкости отличаются тем, что их текучесть с увелнче* иием продолжительности воздействия напряжения сдвига снижается.

К третьей группе относятся вязкоупругие, или максвелловские, жидкости, которые текут под воздействием напряжения т, но после снятия напряже­ния частично восстанавливают свою форму, подобно упругим твердым телам. Такими свойствами характеризуются некоторые смолы и вещества тестообразной консистенции.

Кажущиеся вязкости всех неиьютоновских жидкостей обычно значительно превышают вязкость воды.

В настоящее время надежный расчет потери напора в трубопроводах и каналах воз­можен лишь для вязких, Или стационарных, иеньютоновских жидкостей.

При ламинарном движении пластичных жидкостей по трубам круглого сечения их расход (I связан с перепадом давления Ар зависимостью

+ )']“«• с-¹⁰⁷)

где и / — радиус и длина трубы ; ц_п и т₀ — пластическая вязкость и предел текучести соответственно.

Уравнение (11,107) выводится аналогично, уравнению Пуазейля (11,32) для ньюто­новских жидкостей, и при т_в = 0 эти уравнения совпадают друг с, другом.

Таким же образом для псевдопластичных и дилатантных жидкостей может быть полу­чено уравнение

т

■ Зт +

г (4гг¹)'""“*’ ' ‘"•'⁰⁸>

где т и к — коэффициенты уравнении (11,106), постоянные для данной жидкости при • данной температуре и определяемые опытным путем.

Уравнение (11,108) при т — 1 и й— ц также обращается в уравнение Пуазейля. ,

При турбулентном движении, когда градиенты скорости достаточно велики, кажу­щаяся вязкость стационарных неньютоиовских жидкостей стремитси к значению (х^, и они по своему поведению при течении приближаютси к ньютоновским жидкостям;

Расчет потери напора на треиие для стационарных неиьютоновских жидкостей можно проводить по уравнению того же вида, что и для ньютоновских жидкостей, т. е. по уравне­нию (11,93).

При ламинарном движении преобразование зависимостей (П, 107) и (II,108), аналогич­ное приведенному выше (см. стр. 85) преобразованию уравнения Пуазейля, показывает, что .' коэффициент трения X можно рассчитывать по уравнению

(И.91а)