
【化】 Bingham fluid; plastic fluid
塑性流體(Plastic Fluid)是一種特殊的非牛頓流體,其核心特性是存在屈服應力(Yield Stress)。以下是基于流變學原理的詳細解釋:
塑性流體在靜止狀态下呈現類固體性質,需施加超過臨界值的應力(即屈服應力)才能開始流動。一旦應力超過該阈值,流體表現出類似黏性流體的行為。其流變行為可用賓漢模型(Bingham Plastic Model)描述: $$ tau = tau_y + mu dot{gamma} quad (tau > tau_y) $$ 其中:
中文術語 | 英文術語 |
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塑性流體 | Plastic Fluid |
屈服應力 | Yield Stress |
賓漢模型 | Bingham Plastic Model |
表觀黏度 | Apparent Viscosity |
剪切稀化 | Shear Thinning |
屈服應力現象
外力小于 $tau_y$ 時,流體保持剛性(如牙膏擠出不流動);超過 $tau_y$ 後持續變形(如刷牙時膏體鋪展)。
流動後的黏度行為
《非牛頓流體力學》(中國科學院力學研究所)
系統闡述塑性流體的本構方程與工程應用。
《Rheology of Complex Fluids》 (A. Mujumdar, Springer)
分析屈服應力流體的微觀結構與宏觀流變特性關聯。
流體類型 | 屈服應力 | 流動後行為 | 實例 |
---|---|---|---|
塑性流體 | 有 | 牛頓/剪切稀化 | 牙膏、油漆 |
假塑性流體 | 無 | 剪切稀化 | 果汁、乳液 |
膨脹流體 | 無 | 剪切增稠 | 玉米澱粉懸濁液 |
注:以上内容綜合流變學經典理論與工程實踐,定義與模型參考權威教材,應用案例源于工業标準。建議進一步查閱文獻以獲取實驗數據及參數細節。
塑性流體是非牛頓流體的一種,其核心特征在于存在屈服值(即流體開始流動所需的最小外力)。以下從定義、特性、分類及應用等方面進行詳細解釋:
塑性流體在外力作用下不會立即流動,隻有當外力超過屈服值($tau_y$)時才會發生流動。流動後,其粘度可能隨剪切速率變化,但屈服值是區分其與假塑性流體的關鍵(假塑性流體無屈服值)。例如,牙膏和某些高粘顔料漿料是典型塑性流體,靜置時保持固态,擠壓時屈服值被突破後變為可流動狀态。
塑性流體的本構方程常用賓厄姆模型描述: $$ tau - tau_y = mu_p dot{gamma} quad (|tau| geq tau_y) $$ 其中,$mu_p$為塑性粘度,$dot{gamma}$為剪切速率。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體。
塑性源于流體内部結構(如顆粒網狀結構或分子間作用力)的抵抗,屈服值對應結構破壞的臨界應力。例如,泥漿中的粘土顆粒在靜置時形成穩定網絡,外力超過阈值後網絡解體,流體開始流動。
總結來看,塑性流體的核心是屈服值的存在和結構依賴性流動行為,這一特性使其在工業、日常生活及生物領域有廣泛應用。
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