68 Характеристики тиксотропных, реопектических имаксвелловских жидкостей.

У тиксотропных жидкостей с увеличением продолжительности воздействия напряжений сдвига определенной (постоянной) величины структура разрушается, вязкость уменьшается, а текучесть возрастает. После снятия напряжений структура жидкости постепенно восстанавливается с увеличением вязкости, т.е. тиксотропия является обратимым процессом. Под тиксотропией, поэтому, понимают способность дисперсных систем восстанавливать исходную структуру, разрушенную механическим воздействием.

К тиксотропным жидкостям относятся многие краски, строительные растворы, бетонные смеси, керамические массы, буровые растворы. Краски, благодаря их тиксотропным свойствам, легко удерживаются на вертикальной стенке, не стекая.

Кривая течения тиксотропных жидкостей

У реопектических жидкостей с увеличением продолжительности воздействия напряжений сдвига текучесть снижается. К этим жидкостям относятся суспензии бентонитовых глин и некоторые коллоидные растворы

Кривая теченияи реопектических жидкостей

максвелловские жидкости. Жидкости текут под действием напряжений сдвига, но после снятия напряжений частично восстанавливают свою форму. Таким образом, эти структуры обладают двойным свойством – вязким течением по закону Ньютона и упругим восстановлением формы по закону Гука. Примером их служат некоторые смолы и пасты, крахмальные клеи, битумы.

69 Механические модели бингамовской и максвелловской жидкостей.(паливо)

Течение неньютоновских жидкостей является предметом изучения науки о деформациях и течении – реологии. Наиболее подробно исследовано течение неньютоновских жидкостей, характеристики которых не зависят от времени. Рассмотрим течение этих жидкостей при ламинарном режиме.

Установившийся поток неньютоновской жидкости в цилиндрической трубе при изотермическом режиме находится под действием тех же сил, что и при течении ньютоновской жидкости.

В общем виде можно записать, что градиент скорости сдвига пропорционален касательному напряжению:

, (4.36)

где τ – касательное напряжение (напряжение сдвига).

Выделим в движущемся потоке жидкости радиуса R цилиндрический слой длиной l и радиусом r (рис. 4.8).

Цилиндр будет находиться в равновесии, если разность сил давлений на участке l будет равна силе трения:

. (4.37)

Разность сил давлений определяется площадью живого сечения потока и гидростатических давлений на концах участка, т.е.

(4.38)

Сила трения определяется касательным напряжением, приложенным к поверхности цилиндра, т.е.

. (4.39)

Тогда условие равновесия для выделенного цилиндра можно записать так

,

откуда . (4.40)

Очевидно, что с увеличением радиуса выделенного цилиндра будет расти и касательное напряжение τ. Максимальным оно будет у стенки трубы

, (4.41)

тогда

. (4.42)

Подставляя (4.42) в выражение для градиента скорости сдвига, получим

. (4.43)

Проинтегрировав полученное уравнение, имеем

,

откуда . (4.44)

Объёмный расход жидкости, проходящей через элементарный объём

, (4.45)

интегрируя по частям, получим

. (4.46)

При r = R v = 0. Подставив v из уравнения (4.44), получим

.

Из уравнения (4.42)

,

тогда . (4.47)

Выражение (4.47) является обобщенным уравнением расхода для неньютоновских жидкостей. Подставляя значения для различных классов таких жидкостей, можно получить уравнение расхода при ламинарном режиме в цилиндрической трубе.

Например, для бингамовских жидкостей уравнение расхода при ламинарном движении носит название уравнения Бэкингема и имеет вид:

. (4.48)

Для жидкостей, подчиняющихся степенному закону Оствальда, расход при ламинарном движении может быть подсчитан по формуле:

, (4.49)

где k и m – постоянные коэффициенты, причем m < 1.