Явления переноса в жидкостях
Участок ВС пластического течения, характеризующий равновесное состояние разрушения и восстановления структуры, может быть описан так же уравнением Ньютона (1) с переменной вязкостью. Из (1) и (6) следует:
η=η*+
= η*
(7)
Из (7) видно, что с ростом τ значение η уменьшается и в пределе при τ>> τ
стремится к η*; кривая течения должна выходить на прямую для ньютоновской жидкости с полностью разрушенной структурой; однако практически ещё до полного разрушения течение становится турбулентным, и все закономерности, установленные для ламинарного течения, нарушаются.
Значения η при течении могут изменяться на несколько порядков от η
, отвечающего полностью не разрушенной структуре, до η*, характерного для предельно разрушенной структуры. Так, для суспензий бентонитовых глин η≈10
, η*≈10
П. Следует отметить, что кривые течения могут иметь иной вид; так, для концентрированных систем, содержащих >30% дисперсной фазы в виде мелких твёрдых частиц, наблюдается иногда не уменьшение, а возрастание вязкости с ростом Р. Это явление, открытое Рейнольдсом (1885 г.), получило название дилатансии.Неньютоновское поведение жидкостей может иметь различные причины: в жидких дисперсных системах определяющую роль играет ориентация частиц дисперсной фазы, изменение их формы и степени агрегации, в коллоидных жидкостях-постепенно углубляющееся с ростом напряжений разрушение (или изменение) внутренней структуры; в полимерах-эффекты механической релаксации. В конкретных случаях может иметь место наложение различных механизмов; напр., неньютоновское поведение наполненных полимеров связано как со структурными перестройками, так и с релаксационными явлениями.
Для множества неньютоновских жидкостей характерны такие явления, как тиксотропия - обратимое уменьшение вязкости ("разжижение") жидкости или структурир системы во времени, и дилатансия-рост вязкости предельно наполненных дисперсных систем с вязкой дисперсионной средой. Частный случай неньютоновского поведения жидкости-изменение вязкости с течением времени из-за протекающих в среде химических реакций. Если реакция идет в гомог. среде, изменение вязкости среды отражает изменение ее состава; при этом деформирование обычно не влияет на кинетические закономерности реакции. Однако для гетерог. реакций, например гетерог. полимеризации или отверждения олигомеров, деформирование (например, сдвиговое течение в реакторе или воздействие ультразвуковыми колебаниями) влияет на кинетику реакции.
Существование сплошного стационарного каркаса, обладающего упругостью, при τ ≤ τ
>0 позволяет считать системы твёрдообразнвми, несмотря на то, что они могут, например, подобно жидкостям вытекатьиз наклонённого сосуда под действием силы тяжести (τ > τ). Таковы растворы желатины при с≥1%, если значения рН удалены от ИЭТ; они обнаруживают непрерывный переход от жидкости (τ=0; τ>0) к твёрдообразным (τ> τ>0) структкрам при увеличении концентрации желатины или уменьшении температуры. С ростом концентрации дисперсной фазы τувеличивается, образуется гель.
Примером неньютоновской жидкости является вода, смешанная с обыкновенной мукой. При должной концентрации муки это вещество будет повышать вязкость под действием удара так что человек может совершенно спокойно пробежаться по поверхности бассейна, наполненного неньютоновской жидкостью – она просто затвердевает под ногами бегущего. Но стоит экспериментатору на мгновение остановиться, как он сразу начнет тонуть. Инструкция по созданию подобной жидкости в домашних условиях довольно проста, а особенно интересные эффекты можно получить, поместив емкость с такой необыкновенной жидкостью на обыкновенный акустический динамик.
Ферромагнитные жидкости состоят из ферромагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает органический растворитель или вода. Для обеспечения устойчивости такой жидкости ферромагнитные наночастицы связываются с поверхностно-активным веществом, образующим защитную оболочку вокруг частицы и препятствующем их слиянию (из-за Ван-дер-Вальсоаских или магнитных сил).
Несмотря на название, ферромагнитные жидкости не проявляют ферромагнитных свойств, поскольку не сохраняют остаточной намагниченности после исчезновения внешнего магнитного поля. На самом деле ферромагнитные жидкости являются парамагнетиками и их часто называют «суперпарамагнетиками» из-за высокой магнитной восприимчивости. Действительно ферромагнитные жидкости в настоящее время создать сложно
ПУЗЫРЬ, ПОДНИМАЮЩИЙСЯ В НЬЮТОНОВСКОЙ И НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТЯХ
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6