18. Псевдопластичные и дилатантные жидкости.

Течение бингамовской жидкости начинается только после приложения напряжения , которое необходимо для разрушения начальной структуры системы. Такое течение называется пластическим, а критическое напряжение сдвига - пределом текучести. Уравнение кривой течения носит название Бингама-Шведова.

Где - напряжение сдвига

- пластическая вязкость. Величина постоянная и аналогичная вязкости обычной жидкости.

Для большинства структурированных систем зависимость (то есть кривая течения) носит криволинейный характер.

Псевдопластические жидкости начинают течь уже при самых малых значениях . Они характеризуются тем, что значение вязкости в каждой конкретной точке кривой зависит от градиента скорости, поэтому для таких жидкостей говорят о кажущейся вязкости, которая представляет собой отношение напряжение сдвига к градиенту скорости в данной точке. С увеличением скорости сдвига, кажущаяся вязкость этих жидкостей уменьшаются. Касательное напряжение сдвига для таких жидкостей определяется по формуле Оствальда.

- постоянные коэффициенты, причем меньше единицы.

К дилатантным жидкостям относят суспензии крахмала и различные клеи с большим твердожидким отношением. В отличие от предыдущей жидкости, данная система характеризуется возрастанием кажущейся вязкости с увеличением градиента скорости. Течение их может быть также описано уравнением Оствальда , но при m>1.

19. Нестационарные жидкости.

Ко второму классу относят не ньютоновские жидкости, характеристики которых зависят от времени (нестационарные жидкости).

Для этих жидкостей кажущаяся вязкость определяется не только градиентом скорости сдвига, но и его продолжительностью. В зависимости от характера влияния продолжительности сдвига на структуру, различают тикстропные и реопектантные жидкости. У тиксотропных жидкостей с увеличением продолжительности воздействия напряжения сдвига определенной величины, структура разрушается, вязкость уменьшается, а текучесть возрастает. После снятия напряжения, структура жидкости и ее вязкость постепенно восстанавливаются.

Типичные примеры тиксотропных жидкостей — красочные составы, увеличивающие свою вязкость со временем.

У реопектантных жидкостей с увеличением продолжительности воздействия напряжения сдвига, текучесть снижается. К ним относятся суспензии бентониитовых глин и некоторые коллоидные растворы.

К третьему классу относят вязко упругие или максвелловские жидкости. Такие жидкости текут под действием напряжения, но после снятия напряжения частично восстанавливают свою форму. Т. е. Эти структуры обладают двойным свойством: вязким течением по закону Ньютона и упругим восстановлением формы по закону Гука. Примеры: некоторые смолы и пасты, крахмальные клеи.

20. Перемешивание в жидких средах.

Это гидромеханический процесс. При работе механических мешалок возникают направленные потоки жидкости, которые можно рассматривать как ее движение по каналу, имеющему сложную геометрическую форму.

Мощность, необходимая для перемешивания, будет функцией физических свойств жидкости (вязкость и плотность), диаметра мешалки , частоты ее вращения , а также времени перемешивания .

Если смешивание ведется в мешалках с лопастями, чисто которых ограничено и движение жидкости в смешиваемом объеме носит неустановившийся (импульсивный) характер, то критериальная зависимость будет иметь вид:

- учитывает влияние сил давления на лопасти мешалки.

- учитывает влияние сил трения

- учитывает влияние сил инерции.

- критерий, учитывающий влияние неустановившегося состояния движения жидкости.

- скорость движения жидкости, которую практически определить невозможно.

В мешалках , тогда, чтобы избавиться от , преобразуем критерий в модифицированный.

В модифицированный критерий Эйлера ( ) входит величина ∆Р перепада давления между передними и задними плоскостями лопасти. Этот перепад создается усилием G, приложенным к валу мешалки. Чтобы создать усилие на лопасти необходимо сообщить мешалке определенную скорость N = Gnd. Перепад давления ∆Р=G/F, где F – площадь, на которой распределено усилие G.

, тогда . Подставив ∆Р в преобразованный критерий Эйлера получим , тогда обобщенное уравнение гидродинамики в процессе перемешивания в критериальном виде, будет представлено как

На практике зависимость хорошо исследована. Различают три области функции:

а) При числе меньше 30 — ламинарный режим, соответствующий не интенсивному перемешиванию. Жидкость плавно обтекает кромки лопастей, захватывает им вращается вместе с ними. Перемешиваются те слои, которые примыкают к лопастям.

б) с увеличением числа оборотов возрастает сопротивление среды вращению мешалки, вызываемое турбулезацией пограничного слоя.

в) при Re>10 критерий не зависит от числа . Расход энергии определяется лишь инерционными силами.