
【化】 Bingham fluid; plastic fluid
塑性流体(Plastic Fluid)是一种特殊的非牛顿流体,其核心特性是存在屈服应力(Yield Stress)。以下是基于流变学原理的详细解释:
塑性流体在静止状态下呈现类固体性质,需施加超过临界值的应力(即屈服应力)才能开始流动。一旦应力超过该阈值,流体表现出类似黏性流体的行为。其流变行为可用宾汉模型(Bingham Plastic Model)描述: $$ tau = tau_y + mu dot{gamma} quad (tau > tau_y) $$ 其中:
中文术语 | 英文术语 |
---|---|
塑性流体 | Plastic Fluid |
屈服应力 | Yield Stress |
宾汉模型 | Bingham Plastic Model |
表观黏度 | Apparent Viscosity |
剪切稀化 | Shear Thinning |
屈服应力现象
外力小于 $tau_y$ 时,流体保持刚性(如牙膏挤出不流动);超过 $tau_y$ 后持续变形(如刷牙时膏体铺展)。
流动后的黏度行为
《非牛顿流体力学》(中国科学院力学研究所)
系统阐述塑性流体的本构方程与工程应用。
《Rheology of Complex Fluids》 (A. Mujumdar, Springer)
分析屈服应力流体的微观结构与宏观流变特性关联。
流体类型 | 屈服应力 | 流动后行为 | 实例 |
---|---|---|---|
塑性流体 | 有 | 牛顿/剪切稀化 | 牙膏、油漆 |
假塑性流体 | 无 | 剪切稀化 | 果汁、乳液 |
膨胀流体 | 无 | 剪切增稠 | 玉米淀粉悬浊液 |
注:以上内容综合流变学经典理论与工程实践,定义与模型参考权威教材,应用案例源于工业标准。建议进一步查阅文献以获取实验数据及参数细节。
塑性流体是非牛顿流体的一种,其核心特征在于存在屈服值(即流体开始流动所需的最小外力)。以下从定义、特性、分类及应用等方面进行详细解释:
塑性流体在外力作用下不会立即流动,只有当外力超过屈服值($tau_y$)时才会发生流动。流动后,其粘度可能随剪切速率变化,但屈服值是区分其与假塑性流体的关键(假塑性流体无屈服值)。例如,牙膏和某些高粘颜料浆料是典型塑性流体,静置时保持固态,挤压时屈服值被突破后变为可流动状态。
塑性流体的本构方程常用宾厄姆模型描述: $$ tau - tau_y = mu_p dot{gamma} quad (|tau| geq tau_y) $$ 其中,$mu_p$为塑性粘度,$dot{gamma}$为剪切速率。此外,卡森模型($sqrt{tau} = sqrt{tau_y} + sqrt{mu dot{gamma}}$)也用于描述血液等特殊塑性流体。
塑性源于流体内部结构(如颗粒网状结构或分子间作用力)的抵抗,屈服值对应结构破坏的临界应力。例如,泥浆中的粘土颗粒在静置时形成稳定网络,外力超过阈值后网络解体,流体开始流动。
总结来看,塑性流体的核心是屈服值的存在和结构依赖性流动行为,这一特性使其在工业、日常生活及生物领域有广泛应用。
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