Reología en inglés
Reología
1. Ecuación de Arrhenius
Fórmula diferencial:
Fórmula exponencial:
Fórmula integral:
En la fórmula, A se llama índice El pre -el factor o factor de frecuencia aparente tiene la misma unidad que k Ea; se llama energía de activación de Arrhenius (denominada energía de activación), y su unidad es kJ?mol-1. Las tres fórmulas anteriores expresan cuantitativamente la relación entre k y T. A menudo se utiliza para calcular la constante de velocidad k(T) de la reacción correspondiente a diferentes temperaturas T y la energía de activación Ea de la reacción. La ecuación de Arrhenius solo se puede utilizar para reacciones elementales o reacciones no elementales que tienen una serie clara y k aumenta con la temperatura. Si el cambio de temperatura es demasiado grande, la ecuación de Arrhenius producirá errores. En este momento, la siguiente ecuación es más consistente con los datos experimentales
k = ATBe-E/RT
. Desde la perspectiva del movimiento molecular, cuando el movimiento térmico de las macromoléculas aumenta a medida que aumenta la temperatura, los huecos (es decir, el volumen libre) entre las moléculas en la masa fundida también aumentan y se expanden, reduciendo la resistencia al flujo. Si la resistencia está representada por la viscosidad 7, la relación entre la viscosidad de la masa fundida y la temperatura dentro de un rango donde la temperatura no cambia significativamente se puede expresar mediante la ecuación de Arrhenius:
η=AeEa/RT
En la fórmula, A es una constante, R es una constante de gas, es la temperatura absoluta y Ea es la energía de activación del flujo. No es solo la energía necesaria para que las macromoléculas superen los efectos de las moléculas circundantes cuando. pasan a agujeros, pero también la viscosidad de la masa fundida es sensible a la temperatura. Una medida de grado, es decir, cuanto mayor Ea, más sensible es la viscosidad a los cambios de temperatura. (Es decir, cuando la energía de activación del flujo aumenta, la fluidez del fluido empeora. Por el contrario, cuando la energía de activación del flujo disminuye, la fluidez del fluido mejora)
Tomando el logaritmo de ambos lados de la ecuación de Arrhenius, obtenemos:
lgη=lgA+Ea／2.303RT
Luego haz un diagrama lgη-1/T basado en los datos, y Ea puede se calcula a partir de la pendiente de la línea recta.
Descripción general de las propiedades reológicas de los fluidos
Los fluidos se deforman (fluyen) cuando se someten a fuerzas de corte externas. La respuesta interna de la articulación debe producir resistencia a la deformación, que se expresa en forma de fricción interna. Todos los fluidos generarán fricción interna cuando se muevan entre sí. Esta es una propiedad física inherente del fluido y se llama viscosidad o viscosidad del fluido. La ley de fricción interna de Newton o ley de corte de Newton proporciona una descripción teórica de la viscosidad de los fluidos, es decir, la fuerza de fricción interna o esfuerzo cortante por unidad de área entre capas de fluido es proporcional al gradiente de velocidad o tasa de corte. La fórmula se expresa de la siguiente manera:
τ=μ(dvx/dy)= μγ
La fórmula anterior también se llama fórmula de tensión cortante de Newton. El coeficiente proporcional μ en la fórmula representa. la viscosidad del fluido. La cantidad física de histéresis refleja la cantidad de fricción dentro del fluido y se llama coeficiente de viscosidad dinámica o viscosidad del fluido. La viscosidad de los fluidos está estrechamente relacionada con la temperatura. La viscosidad de los líquidos disminuye a medida que aumenta la temperatura, mientras que la viscosidad de los gases aumenta a medida que aumenta la temperatura. En un sentido físico, la fórmula del esfuerzo cortante de Newton establece que existe una gran clase de fluidos para los cuales el esfuerzo cortante está relacionado linealmente con el gradiente de velocidad. Estos fluidos se denominan fluidos newtonianos. Por otro lado, si la relación funcional de la ecuación anterior es no lineal, el fluido descrito se denomina fluido no newtoniano. ．
Para describir cómodamente los fluidos no newtonianos, se ha propuesto una fórmula de tensión cortante newtoniana generalizada:
τ=η(dvx/dy)= ηγ
El coeficiente η también refleja las características de fricción interna del fluido y a menudo se denomina viscosidad newtoniana generalizada. Para los fluidos newtonianos, η es, por supuesto, la viscosidad, que es un parámetro característico del fluido. Para los fluidos no newtonianos, el problema se vuelve complicado. η ya no es una constante. No solo está relacionado con las propiedades físicas del fluido, sino también con el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. El fluido cambiará sus características de fricción interna. Se han propuesto varios modelos de ecuaciones reológicas que describen las propiedades de fricción interna de fluidos no newtonianos. Como el modelo de ley de potencia de Ostwald-dewaele, el modelo de Ellis, el modelo de Carreau, el modelo de Bingham, etc. Entre ellos, el modelo de ley potencial es el más utilizado.
El modelo de ley de potencia considera que la función de viscosidad de los fluidos no newtonianos es una función exponencial del valor absoluto del gradiente de velocidad o velocidad de corte, y su expresión es: τ=K(dvx/. dy)n= Kγn
o
2 η=K(dvx/dy)n= Kγn-1
En la fórmula, K es la consistencia. coeficiente, N?S” /m; es el índice característico del fluido, adimensional, que indica el grado de desviación del fluido newtoniano
Se puede ver en la Ecuación 2:
① Cuándo. n = 1, η = K, es decir, K tiene la dimensión de viscosidad. En este momento, el fluido es un fluido newtoniano, que se puede utilizar para verificar si el resultado es correcto;
② Cuando. η<1, es pseudoplástico o fluido adelgazante
③ Cuando η>l, es plasticidad de expansión o fluido espesante
④ Desde el punto de vista del uso; , la fórmula 1 tiene solo dos parámetros, por lo que se usa ampliamente. Más del 80% de los fluidos no newtonianos en la industria se pueden calcular con este modelo
Tipo de fluido
En. A cierta temperatura, el fluido forma capas bajo la acción de una fuerza externa. Cuando fluye, se genera fricción interna entre capas con diferentes caudales, lo que dificultará el movimiento relativo de la capa líquida. Existe una relación compleja entre la tensión de corte interlaminar. (τ) y el gradiente de velocidad del flujo (dv/dy), que cambia con el tiempo, la temperatura, las propiedades del fluido y el caudal varían mucho. La fórmula matemática básica que refleja esta relación es la ley de flujo de Newton:
τ=η(dvx/dy)
Entre ellos, τ——esfuerzo cortante (fuerza de fricción interna por unidad de área paralela a la dirección del flujo)
dv/dy——tasa de corte (gradiente de velocidad del flujo perpendicular a la dirección del flujo)
eta - viscosidad (coeficiente de viscosidad dinámica)
La representación gráfica de la relación de variación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte de un fluido es Se llama curva de reología.
La plasticidad es un tipo de fluido no newtoniano, que se caracteriza porque no puede fluir cuando el esfuerzo cortante es menor que un cierto valor τ, y comienza a fluir. El flujo cuando es mayor que τ. El fluido pseudoplástico también es un tipo de fluido no newtoniano, y su característica de flujo es que una vez puede fluir aplicando una fuerza externa y su viscosidad disminuye con el aumento de la velocidad de corte. una curva convexa al eje del esfuerzo cortante a través del origen de coordenadas; en la curva reológica del fluido newtoniano, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte es La relación es una relación de línea recta que pasa por el fluido de expansión también es otro tipo de no; -Fluido newtoniano. Su característica es que puede fluir tan pronto como se agrega una fuerza externa. La viscosidad aumenta con el aumento de la velocidad de corte. La curva de flujo pasa por el origen de las coordenadas. /p>
1. Análisis de pseudoplasticidad de rendimiento
La pseudoplasticidad de rendimiento significa que el fluido no fluye bajo la acción de una pequeña fuerza externa. Solo se produce una deformación elástica limitada solo cuando la fuerza externa es mayor. Por encima de un cierto valor, el fluido fluirá. El esfuerzo cortante correspondiente cuando el fluido fluye se llama límite elástico
2. El objeto cambia de un estado de gel altamente viscoso a un sol de viscosidad mucho más baja después de un largo período de alto cizallamiento. Un signo importante de tixotropía es el proceso reversible de engrosamiento nuevamente después de que el objeto permanece estacionario. La viscosidad de este tipo de fluido no sólo varía con la velocidad de corte, sino que a una velocidad de corte constante, su viscosidad también disminuye con el tiempo y alcanza un valor constante. Cuando se detiene la acción de corte, la viscosidad aumenta con el tiempo. La mayoría de los fluidos tixotrópicos pueden volver a su valor de viscosidad original después de unas horas o más. Su forma curva se manifiesta en que la "curva ascendente" ya no se superpone con la "curva descendente" en el diagrama de curva de flujo, sino que entre las dos curvas se forma un anillo tixotrópico cerrado "en forma de lanzadera". El tamaño del área de este anillo tixotrópico "lanzadera" determina la medida de las propiedades tixotrópicas, que representa la energía necesaria para destruir la estructura tixotrópica.
Fluido de condensación
Los fluidos se pueden dividir en fluidos newtonianos y fluidos no newtonianos. Entre ellos, los fluidos no newtonianos también se pueden dividir en fluidos independientes del tiempo (a. Cuerpo pseudoplástico, b. Cuerpo expansivo, C. Cuerpo plástico pseudoplástico, d. Cuerpo plástico expansible), fluidos dependientes del tiempo (sustancias tixotrópicas y vibraciones). sustancias coagulables). fluidos, etc
Tipo de espesamiento por cizallamiento: la viscosidad aumenta a medida que aumenta el gradiente de velocidad del flujo. Esto se debe a que cuando la concentración de partículas es muy alta y está cerca de la disposición más cercana, el movimiento relativo entre las dos capas hará que las partículas se desvíen de la disposición más cercana y. el volumen aumentará. Requiere un consumo de energía adicional. O porque al aumentar el caudal y aumentar la energía cinética de las partículas, ésta puede atravesar la barrera energética Eb y alcanzar el primer mínimo Em1 para provocar la floculación, provocando que aumente la viscosidad.
Tipo adelgazamiento por cizallamiento: La viscosidad disminuye a medida que aumenta el gradiente de velocidad del flujo. Esto se debe a que cuando h es mayor, hay un segundo mínimo Em2 en la curva de energía potencial, lo que conducirá a una floculación más débil entre las partículas, y cuando el caudal aumenta, esta floculación se destruirá y la viscosidad disminuirá. También puede deberse a que las partículas tienen forma de varilla o de escamas y el movimiento de las partículas se bloquea cuando están estacionarias. Cuando se cortan, las partículas forman una cola y la viscosidad se reduce.
Pseudoplástico: la viscosidad disminuye a medida que aumenta el gradiente de velocidad del flujo y su propiedad de adelgazamiento por cizallamiento es más prominente.
Tipo plástico: Este tipo de fluido forma una estructura de red debido a una fuerte floculación. Se caracteriza por la presencia de un límite elástico τB. Cuando τ <τB, el fluido solo sufre deformación elástica. Cuando τ > τB, la red se rompe y comienza a fluir, y el esfuerzo cortante cambia con el gradiente de velocidad del flujo.
Tipo tixotrópico: Puede cambiar de un estado viscoso a un estado más fluido bajo corte, pero una vez cancelado el corte, tardará un tiempo en volver al estado original. Esto se debe a que después de que la red de floculación se daña por cizallamiento, se necesita una cierta cantidad de tiempo para volver a formar la red.
Tipo de condensación de choque: Este fluido puede espesarse bajo cizallamiento. Después de cancelar el corte, tomará un tiempo reanudar el adelgazamiento.