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流变学的研究对象

收录:2009-1-27  作者:王振东  来源:网络搜集  点击:1726
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在食品工业中,非牛顿流体也相当普遍。蛋清、炼乳、琼脂、果酱、酱油、土豆浆、番茄汁、淀粉液、苹果浆、浓菜汤、糖稀、熔化巧克力、面团、米粉团以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料,也都是非牛顿流体。

总之,在日常生活和工业生产中常遇到的各种高分子溶液、熔体、膏体、凝胶、交联体系、悬浮体系等复杂性质的流体,差不多都是非牛顿流体。有时为了工业生产的目的,在某种牛顿流体中,加入一些聚合物,在改进其性能的同时,也将其变成为非牛顿流体,如为提高石油产量使用的压裂液、新型润滑剂等。

非牛顿流体有许多奇妙的特性,如射流胀大、无管虹吸、剪切变稀、拔丝、湍流减阻等,其中有一个使人感兴趣的特性,就是部分非牛顿流体具有弹性,亦称为黏弹性流体。当旋转杆插入黏弹性流体时,流体将沿杆向上爬,液面呈凸形。

流变学的产生简史

流变学的诞生

1928年雷纳从巴勒斯坦到美国访问,并且与化学家宾汉(Bingham EC 1878~1945)一起工作。宾汉对雷纳说,我(一个化学家)和你(一个土木工程师),一起工作解决共同的问题,随着胶体化学的发展,这种工作方式将会变得很平常,因此需要建立一个物理学科的分支来处理这类问题。雷纳告诉宾汉,这样的分支是存在的,并且作为连续介质力学而被人们所认识。宾反认为这样做不好,会吓跑化学家,需要给它起一个新的名字。

宾汉根据古希腊哲学家赫拉克利特“一切皆流”的说法,在与一位语言学家商议之后,提出了“流变学”(Rheology)这个名字,并于1928年在美国提议成立了流变学会(Rheological Society),研究材料的变形和流动。1929年召开了流变学会的第一次会议,并创办了《流变学杂志》。这个流变学杂志,在1933年后曾停止出版;1957年作为《Transactions of Societyof Rheology》重新出版;1978年又恢复其最初的名字《流变学杂志》(Journal of Rheology)。

宾汉是流变学的奠基人。他研究了悬胶、油漆、水泥等一些材料的流变特性,写了一系列论文,特别是在1919年和H.格林联合发表的论文“油漆是一种塑性材料而不是黏性流体”,该文指出,油漆在剪切应力较小时,剪切应变率为零(或不发生流动),只有在剪切应力超达过临界值(即屈服应力)时,才发生流动,这时应变率和应力与屈服应力之差成正比。后来人们将具有这种流变规律或本构关系的材料或物质,称为黏塑性材料或宾汉塑性材料(简称宾汉体)。除油漆外,石膏、悬胶、面粉团,水泥砂浆等均可作为宾汉体来处理。圣维南的塑性流动材料和牛顿流体,均可作为宾汉体的特殊情况,前者的流动速度为零,后者的屈服应力为零。

直到第二次世界大战爆发为止,美国流变学会仍是世界上唯一的流变学会。1939年,荷兰皇家科学院成立了以J.M.伯格斯为首的流变学小组。1940年,英国成立了流变学家俱乐部。

1945年12月国际科学联合会(InternationalCouncilofScientificUnions)组织了一个流变学委员会。1947年在冯·卡门主席的主持下举行了第一次会议,代表们来自物理、化学、生物科学、大地测量、空气物理、理论和应用力学的国际联合会。委员会的职能是:对流变学的专门名词进行命名;对流变学的论文进行摘要;组织国际流变学会议等。1968年前,国际流变学会议每5年举行一次。1968年以后,每4年举行一次。第13届国际流变学会议是2000年8月20~25日在英国剑桥大学举行的,会议文集共刊登578篇论文。

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