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1、选择题型1.材料函数湖北工业大学流变学复习参考第一章:绪论1.何谓流变学(Rheology)?流变学是研究和揭示物质或材料流动和变形规律的科 学。是化学、力学和工程学交叉的交叉学科。2流变学分支和方法论地位流变学分支:高分子流变学、石油工程流变学、食品 流变学、悬浮液流变学、地质流变学、泥石流流变学、 固体流变学(金属加工流变学、岩石流变学)非牛顿 流体流变学、分形体流变学、生物流变学和血液流 变学,光、电、磁流变学、日用化工流变学、表面活 性剂流变学、界面流变学(至少记住5个P1) 方法论地位:流变学本身即体现出朴素的辩证观点,具 有方法论作用,可与多种学科交叉,形成新的学科分 支。?3.流
2、变学主要研究对象:非牛顿流体的流变特性、粘 弹性材料的流变特性、流变测量技术、流变状态方程, 即本构方程(揭示物质受力和变形的本质规律。例:牛 顿粘性定律、胡克定律)。4流变学与化学工程的关系/流变学与日用化工(轻化 工?)的关系化学工程:单体聚合反应、高分子加工、乳化过程与 流体的流变行为密切相关。要研究其传递和反应过程、设计反应器、工程放大, 必须对流变特性有明确认识。流变学提供材料的流变状态方程,用于解决非牛顿流 体的动量传递问题,并进一步为非牛顿流体的热质传 递和反应工程提供基础。流变学是非牛顿流体化学工 程的重要理论基础之一。日用化工:日用化学品(膏霜、乳液)为多组分、多 相态的非牛
3、顿流体。日用化工过程为非牛顿流体的制造过程。1)乳液、泡沫的稳定性:包括热稳定性、耐剪切稳定 性、储存稳定性等(表面粘度、表面弹性)2)产品的涂布性:均匀性和涂布难易性能3)挤出能力,屈服应力4)增稠性:各种流变性调节剂(粘多糖、聚丙烯酸等)5)流平性指甲油等6)触变性膏霜、牙膏7)流动控制能力在洗衣粉料浆中加入适量甲苯磺酸钠, 调节降低粘 度,使之易于喷粉成型。5. 非牛顿流体的特殊性质:剪切变稀、剪切增稠、屈服应力、触变性、粘弹性、爬竿效应、湍流减阻效应(Toms效应)、无管虹吸现 象、挤出胀大6. 非牛顿流体的触变性:若流体的应力或粘度随剪切时间的增大而减小,并最 终达到平衡粘度,该特性
4、称为正触变性,简称触变性。 涂料、牙膏等具有触变性。若流体的应力或粘度随剪切时间的增大而增大,并最 终达到平衡粘度,该特性称为反触变性。7粘弹性:材料同时具有粘性和弹性的属性,称为粘弹 性。高分子一般能够体现粘弹性。8. Deborah 准数 :De=t/Tt为物质的特征时间T为观察物质运动的时间物理意义:De准数越大,则弹性越强De准数越 小,则流动性越强。9. 触变性与剪切变稀的区别:触变性与剪切变稀的区 别在于,材料的触变性和剪切变稀特性是两个不同的 概念。前者是黏度随受剪切时间的变化关系,后者是 指稳态剪切黏度随剪切速率的变化关系。(材料的反触 变性和剪切增稠也是两个不同的概念,不可混
5、淆) 10滞后环分类:黏弹环、,正触变滞后环、含黏弹环 和正触变环的滞后环,含应力过冲和正触变环的滞后 环,含黏弹环、应力过冲和正触变环的滞后环,含黏 弹环、正触变环和反触变环的滞后环。第三章:流变测量学t =耳(丫)丫12l时,黏度随剪切速率的增加而增大,变现为剪 切增稠特性,即为胀塑性流体;当n=1时,黏度不随剪切速率变化,退化为牛顿流体; 当Ovnvl时,黏度随剪切速率的增加而减小,表现为 剪切变稀特性,即为拟塑性流体;广义牛顿流体本构方程(含屈服应力):4. Bingham 模型们=8, T T1 y py5. Herschel-Bulkley 模型(H-B 模型)打=8, T TJ
6、yy6. Casson 模型先通过流变测试,获得粘度随剪切速率的变化曲线(或 称流动曲线,flow curves)、粘弹性指标随振荡频率的 变化关系。再根据不同的本构方程在剪切流场和小振幅振荡流场 下的解,逐个筛选。当模型的理论预测值能符合实验 结果时,可以筛选该方程。第二章张量分析简介1.哑标与自由标自由标:在一个物理量中,只出现一次的指标为自由 标,自由标可分别取1、2、3。哑标:在一个物理量中,出现两次的指标为哑标,哑 标可分别取1、2、3之后求和2.根据自由标和哑标展开dz a =dz1 =dz 2 =dz 3 =dz a0xmdXmdz10xm0xm0Z 30xmdxmdz1dxm
7、=dxm0X10x10x1dx1 +dx1 +dx1 +dz1dx 2 +dz1Ox 3dx 30x 2dx 2 +dx 2 +0x 30x 3dx 3dx 3T1/2 =T 1/2 + 们 y)1/2, T Tccc7.触变性的表征?第五章线性粘弹性流体本构方程1. Maxwell 模型2. Kelvin-Voigt 模型T = P y + P dy = Gy +喟01 dt3. Jeffreys 模型4. 线性粘弹性本构方程在小振幅振荡流场中的解Maxwell 模型(P56)、Jeffreys 模型(P60)5. 本构方程的筛选原则3. Einstein求和约定规则一个指标在公式中可以出现
8、一次(自由标),也可以出 现2次(哑标),但不能出现2次以上;等式两边自由标的个数必须相等;一组“哑标”无论何时出现,均表示对所有项数求和。“哑标”的名称是不确定的,可以由另外一组“哑标”代 替。为表示二阶张量的分量,不与“哑标”混淆,特规定: 表示“哑标”求和;表示张量的第ii个分量。4. 张量指标升降:一个张量与一个度规张量和共轭度规张量的内积与该 张量相等。一个一阶协变张量与共轭度规张量的内积,使协变指 标上升,成为一个一阶逆变张量。该过程为升指标运 算一个一阶逆变张量与度规张量的内积,使逆变指标下 降,成为一个一阶协变张量。该过程为降指标运算5. 张量的三个不变量I = A = tr
9、AA ii(即张量A对应的矩阵对角线元素之和。trA成为张量A的迹)1 1II =- (A A A A ) = - (trA)2-tr(A2)A 2 U jjij ij2AAA111213III = det A 二 AAAA212223 AAA313233(即张量A对应的行列式的值第六章非线性粘弹性流体本构方程1.本构方程建立的原则:1)坐标不变性原理2)决定性原理3)客观性原理4)衰减记忆原理5)致性原理2.物理量A在Lagrange坐标系中的普通时间微分, 变换到固定坐标系时,对应的是F坐标系中的物质导 数(或随体导数3.共转坐标系和共转导数(Jaumann导数)设F为固定坐标系,如果动坐
10、标系嵌入到流体微元 中,相对于固定坐标系F,随流体微元以速度V进行 平移、旋转,则该动坐标系称为共转坐标系。4. 共形变坐标系和共形变导数(Oldroyd导数设F为固定坐标系,如果动坐标系嵌入到流体微元中, 相对于固定坐标系F,随流体微元以速度V进行平移、 旋转、变形,则该动坐标系称为共形变坐标系。 物理量在共形变坐标系中的普通时间微分,变换到固 定坐标系F时,对应的是F坐标系中的共形变导数(或 Oldroyd 导数)。5. 由非线性粘弹性本构方程求物质函数(或材料函 数)(P77看懂求解过程)6. 筛选本构方程的一般步骤1)在剪切流场中,测定材料的粘度、第一法向应力差 (或第一法向应力差系数)和第二法向应力差(或第二法向应力差系数)随剪切速率的变化关系;或在小 振幅振荡流场中测量线性粘弹性指标(如弹性模量 G、粘性模量G”、复模量G*等)随振荡频率的变化 关系。选择一个非线性粘弹性本构方程,求出材料函数的表 达式(含有一定量参数);2)将理论值与实验值相拟合,求出模型参数;如果理 论值与实验值吻合良好,则可选择该本构方程描述材 料的流变特性;如果不能吻合,则重新筛选本构方程, 重复步骤2)和步骤3),直到选择合适的本构关系为 止。57和68页请记住这两页。