Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Сiлтiлiгi қолданылатын күш/қимыл мөлшерiне қарай өзгерiсi бар сұйықтық.
Fluid whose viscosity varies with the amount of force/stress applied to it
Ньютондық емес сұйықтық – Ньютонның тұтқырлық заңына бағынбайтын сұйықтық, яғни оның тұтқырлығы кернеуге байланысты өзгередi. Атап айтқанда, Ньютондық емес сұйықтықтардың тұтқырлығы күш әсер еткен кезде өзгеруі мүмкiн. Мысалы, кетчупты шайқағанда оның ағу қасиеті артады, сондықтан ол Ньютондық емес сұйықтық болып табылады. Көптеген тұз ерiтiндiлерi мен балқыған полимерлер, сондай-ақ құрт, тiс пастасы, крахмал суспензиясы, жүгерi крахмалы, бояу, қан, балқыған май және шампунь сияқты көптеген заттар Ньютондық емес сұйықтықтарға жатады. Көбiнесе, Ньютондық емес сұйықтықтардың тұтқырлығы (қалшықтау немесе тартылыс кернеуiнiң бiртiндеп деформациясы) қиылыс жылдамдығына немесе қиылыс жылдамдығының тарихына байланысты болады. Дегенмен, кейбiр Ньютондық емес сұйықтықтар қиылысқа тәуелсiз тұтқырлыққа ие болса да, қалыпты кернеу айырмашылықтарын немесе басқа Ньютондық емес қасиеттердi көрсетедi. Ньютондық сұйықтықта қисайту кернеуi мен қисайту жылдамдығы арасындағы қатынас сызықтық болып келедi, ол координата басынан өтедi, ал пропорционалдық коэффициентi – тұтқырлық коэффициентi. Ньютондық емес сұйықтықта қию кернеуi мен қию жылдамдығы арасындағы қатынас өзгеше болады. Сұйықтық уақытқа тәуелдi тұтқырлықты да көрсетуi мүмкiн. Сондықтан, тұрақты тұтқырлық коэффициентiн анықтау мүмкiн емес. Тұтқырлық түсiнiгi сұйықтық механикасында сұйықтықтардың қиып алу қасиеттерiн сипаттау үшiн жиi қолданылады, бiрақ Ньютондық емес сұйықтықтарды сипаттауға жеткiлiксiз болуы мүмкiн. Оларды зерттеуге арналған ең тиiмдi әдiс – басқа реологиялық қасиеттер арқылы, олар көптеген ағынды жағдайларда – тербелiстiк қисаю немесе созу ағыны сияқты – әр түрлi құрылғылар немесе реометрлер арқылы өлшенедi. Бұл қасиеттер үздіксіз механика саласында кең таралған тензорлық конститутивтiк теңдеулердi қолдану арқылы жақсы зерттелген.
A non Newtonian fluid is a fluid that does not follow Newton's law of viscosity, that is, it has variable viscosity dependent on stress. In particular, the viscosity of non Newtonian fluids can change when subjected to force. Ketchup, for example, becomes runnier when shaken and is thus a non Newtonian fluid. Many salt solutions and molten polymers are non Newtonian fluids, as are many commonly found substances such as custard, toothpaste, starch suspensions, corn starch, paint, blood, melted butter, and shampoo. Most commonly, the viscosity (the gradual deformation by shear or tensile stresses) of non Newtonian fluids is dependent on shear rate or shear rate history. Some non Newtonian fluids with shear independent viscosity, however, still exhibit normal stress differences or other non Newtonian behavior. In a Newtonian fluid, the relation between the shear stress and the shear rate is linear, passing through the origin, the constant of proportionality being the coefficient of viscosity. In a non Newtonian fluid, the relation between the shear stress and the shear rate is different. The fluid can even exhibit time dependent viscosity. Therefore, a constant coefficient of viscosity cannot be defined. Although the concept of viscosity is commonly used in fluid mechanics to characterize the shear properties of a fluid, it can be inadequate to describe non Newtonian fluids. They are best studied through several other rheological properties that relate stress and strain rate tensors under many different flow conditions—such as oscillatory shear or extensional flow—which are measured using different devices or rheometers. The properties are better studied using tensor valued constitutive equations, which are common in the field of continuum mechanics.
Қорытынды
+Ньютондық емес, Ньютондық және вискоэластикалық қасиеттерді салыстыру. Вискоэластикалық Кельвин материалы, Максвелл материалы. Эластикалық және вязкоздық әсерлердің "параллельді" сызықтық комбинациясы. Кейбір майлау материалдары, қамыр, Silly Putty. Уақытқа тәуелді тұтқырлық. Реопектикалық. Көрінетін тұтқырлық кернеу ұзақтығымен бірге артады. Синовиал сұйықтық, принтер сиясы, гипс пастасы. Тиксотроптық. Көрінетін тұтқырлық кернеу ұзақтығымен бірге төмендейді. Шелақ, қамыр, кетчуп, меласса, сироп, судағы қағаз пульпасы, латекс бояуы, мұз, қан, кейбір силикон майлары, кейбір силикон жабындары, судағы құм. Жалпыланған Ньютондық сұйықтықтар. Тұтқырлық – бұл деформация жылдамдығының функциясы. Кернеу нормалық және деформация жылдамдықтарына, сондай-ақ оған қолданылатын қысымға байланысты. Қан плазмасы, кілегей, су.
+Comparison of non Newtonian, Newtonian, and viscoelastic propertiesViscoelasticKelvin material, Maxwell material"Parallel" linear combination of elastic and viscous effectsSome lubricants, whipped cream, Silly PuttyTime dependent viscosityRheopecticApparent viscosity increases with duration of stressSynovial fluid, printer ink, gypsum pasteThixotropicApparent viscosity decreases with duration of stressNail polish, whipped cream, ketchup, molasses, syrups, paper pulp in water, latex paint, ice, blood, some silicone oils, some silicone coatings, sand in waterGeneralized Newtonian fluidsViscosity is function of the shear strain rate. Stress depends on normal and shear strain rates and also the pressure applied on itBlood plasma, custard, water
Қию қалыңдығын ұлғайту сұйықтығы
Қию жылдамдығы артқанда, қалыңдағы (дилатантты) сұйықтықтың тұтқырлығы артады. Судағы жүгері крахмалы ("оobleck", төменде қараңыз) – кең таралған мысал: баяу қозғалғанда сүтті көрінеді, ал қарқынды қозғалғанда өте қою сұйықтық сияқты сезіледі.
The viscosity of a shear thickeningi. e. dilatant fluid appears to increase when the shear rate increases. Corn starch suspended in water ("oobleck", see below) is a common example: when stirred slowly it looks milky, when stirred vigorously it feels like a very viscous liquid.
Қалшықты сұйыту сұйықтығы
Керісінше, қабырғаға арналған бояу – бұл жақсы белгілі мысал, ол ықшамдалатын сұйықтық немесе псевдопластикалық сұйықтық: бояу бетке жағылғанда щеткадан оңай ағып түсуі керек, бірақ артық тамшыламауы тиіс. Барлық тиксотроптық сұйықтықтар өте ықшамдалатын болып келеді, бірақ олар уақытқа тәуелді, ал коллоидтық "ықшамдалатын" сұйықтықтар қиылыс жылдамдығының өзгеруіне дереу жауап береді. Сондықтан, шатасуды болдырмау үшін, соңғы жіктеме псевдопластикалық деп аталады. Ықшамдалатын сұйықтықтың тағы бір мысалы – қан. Бұл организмде кеңінен қолданылады, себебі ол қанның тұтқырлығын қиылыс деформациясының артуымен бірге төмендетуге мүмкіндік береді.
A familiar example of the opposite, a shear thinning fluid, or pseudoplastic fluid, is wall paint: The paint should flow readily off the brush when it is being applied to a surface but not drip excessively. Note that all thixotropic fluids are extremely shear thinning, but they are significantly time dependent, whereas the colloidal "shear thinning" fluids respond instantaneously to changes in shear rate. Thus, to avoid confusion, the latter classification is more clearly termed pseudoplastic. Another example of a shear thinning fluid is blood. This application is highly favoured within the body, as it allows the viscosity of blood to decrease with increased shear strain rate.
Бингем пластикасы
Сызықтық қисайту кернеуі / қисайту деформациясы қатынасы бар, бірақ ағып бастамас бұрын белгілі бір бастапқы кернеуді қажет ететін сұйықтықтар (қисайту кернеуінің қисайту деформациясына қарсы графигі координаталардың басынан өтпейді) Бингхам пластикалары деп аталады. Мысалдар: саз суспензиялары, бұрғылау ерітіндісі, тіс пастасы, майонез, шоколад және горчица. Бингхам пластикасының беті тыныш күйде тұрақталғанда өршіктерді сақтай алады. Керісінше, Ньютон сұйықтықтарының тыныш күйдегі беті тегіс және ерекшеліктеріз болады.
Fluids that have a linear shear stress/shear strain relationship but require a finite yield stress before they begin to flow (the plot of shear stress against shear strain does not pass through the origin) are called Bingham plastics. Several examples are clay suspensions, drilling mud, toothpaste, mayonnaise, chocolate, and mustard. The surface of a Bingham plastic can hold peaks when it is still. By contrast Newtonian fluids have flat featureless surfaces when still.
Реопэктикалық немесе тиксотроптыққа қарсы
Сонымен қатар, деформация жылдамдығы уақытқа тәуелді болатын сұйықтықтар да бар. Тұрақты деформация жылдамдығын сақтау үшін біртіндеп артатын серпімді кернеуді қажет ететін сұйықтықтар реопектік деп аталады. Осыған керісінше, уақыт өте келе сұйығып, тұрақты деформация жылдамдығын сақтау үшін азаятын кернеуді қажет ететін сұйықтықтар тиксотроптық болып табылады.
There are also fluids whose strain rate is a function of time. Fluids that require a gradually increasing shear stress to maintain a constant strain rate are referred to as rheopectic. An opposite case of this is a fluid that thins out with time and requires a decreasing stress to maintain a constant strain rate (thixotropic).
Ооблек
Ньютондық емес сұйықтықтың арзан, уытты емес мысалы – судағы крахмалдың (мысалы, жүгері ұны) суспензиясы, кейде "ооблек", "оозе" немесе "сиқырлы лай" деп аталады (1 бөлік суға 1,5–2 бөлік жүгері крахмалы). "Ооблек" атауы доктор Сьюстың "Бартоломей және Ооблек" кітабынан алынған.
An inexpensive, non toxic example of a non Newtonian fluid is a suspension of starch (e. g., cornstarch/cornflour) in water, sometimes called "oobleck", "ooze", or "magic mud" (1 part of water to 1.5–2 parts of corn starch). The name "oobleck" is derived from the Dr. Seuss book Bartholomew and the Oobleck.
Салқындатылған карамельді топинг
Ньютондық емес сұйықтық ағынының тағы бір мысалы – салқындатылған карамель мұздық қосымшасы (қарақұм және гелан құмыры сияқты гидроколоидтар қосылған жағдайда). Күшті кенеттен қолданғанда, мысалы, бетін саусақпен тебу немесе оны ұстап тұрған ыдысты жылдам аударғанда, сұйықтық сұйық емес, қатты зат сияқты әрекет етеді. Бұл – осы Ньютондық емес сұйықтықтың "шегініс қасиеті". Оны ақырын қасықпен араласаңыз, сұйық күйінде қалады. Бірақ қасықты кері тартып алуға тырыссаңыз, уақытша қатты күйге қайта оралады.
Another example of non Newtonian fluid flow is chilled caramel ice cream topping (so long as it incorporates hydrocolloids such as carrageenan and gellan gum). The sudden application of force—by stabbing the surface with a finger, for example, or rapidly inverting the container holding it—causes the fluid to behave like a solid rather than a liquid. This is the "shear thickening" property of this non Newtonian fluid. More gentle treatment, such as slowly inserting a spoon, will leave it in its liquid state. Trying to jerk the spoon back out again, however, will trigger the return of the temporary solid state.
Ақымақ мақта
Silly Putty – силикон полимеріне негіделген, ағып, секіріп немесе үзіліп, созылу жылдамдығына қарай өзгеріп отыратын суспензия.
Silly Putty is a silicone polymer based suspension that will flow, bounce, or break, depending on strain rate.
Өсімдіктер шайырлары
Өсімдік шайыры – вискоэластикалық қасиеттері бар қатты полимер. Егер ыдысқа қойылса, ол сұйықтай баяу ағып, ыдыстың пішініне бейімделеді. Бірақ, күшпен соққанда, ол қатты заттай сынып кетеді.
Plant resin is a viscoelastic solid polymer. When left in a container, it will flow slowly as a liquid to conform to the contours of its container. If struck with greater force, however, it will shatter as a solid.
Жылжымалы құм
Жылжымалы құм – қозғалмай тұрғанда тұтқырлығы артатын, ықшамдалудан жұқаратын Ньютон емес коллоид. Жылжымалы құмның Ньютон емес қасиеттерін оған күш түсірілгенде (мысалы, үстінен өткенде немесе таяқпен араластырғанда) байқауға болады. Ол Гель және Сол фазалары арасында өзгереді, көріне сұйықталып, жылжымалы құмның бетіндегі заттардың шөгуіне себеп болады.
Quicksand is a shear thinning non Newtonian colloid that gains viscosity at rest. Quicksand's non Newtonian properties can be observed when it experiences a slight shock (for example, when someone walks on it or agitates it with a stick), shifting between its Gel and Sol phase and seemingly liquefying, causing objects on the surface of the quicksand to sink.
Кетчуп
Кетчуп – нөлдік тұтқырлыққа ие сұйықтық. Нөлдік тұтқырлық дегеніміз, сұйықтықтың тұтқырлығы серпімді деформацияның күшінсіз өсуімен төмендейді. Яғни, сұйықтықтың қозғалысы бастапқыда деформация жылдамдығының төмендігінде қиынға соғады, бірақ жылдамдық артқан сайын еркін ағады. Кері қаратылған кетчуп бөтелкесін шайқағанда, нөлдік тұтқырлық арқасында тұтқырлығы төмендеп, бөтелкеден құю оңайлайды.
Ketchup is a shear thinning fluid. Shear thinning means that the fluid viscosity decreases with increasing shear stress. In other words, fluid motion is initially difficult at slow rates of deformation, but will flow more freely at high rates. Shaking an inverted bottle of ketchup can cause it to transition to a lower viscosity through shear thinning, making it easier to pour from the bottle.
Құрғақ түйіршікті ағын
Белгілі бір жағдайларда, ұсақ бөлшекті материалдардың ағыны континуум ретінде модельделуі мүмкін, мысалы, μ(I) реологиясын қолдану арқылы. Мұндай континуумдық модельдер әдетте Ньютон емес, себебі ұсақ бөлшекті ағымдардың көрінетін тұтқырлығы қысыммен артады және серпіліс жылдамдығымен кемиді. Басты ерекшелік – серпіліс кернеуі мен серпіліс жылдамдығы.
Under certain circumstances, flows of granular materials can be modelled as a continuum, for example using the μ(I) rheology. Such continuum models tend to be non Newtonian, since the apparent viscosity of granular flows increases with pressure and decreases with shear rate. The main difference is the shearing stress and rate of shear.