Вязкопластичные жидкости

Вязкопластичные жидкости — особый класс жидкостей, обладающих свойствами как вязких, так и пластичных тел. Для них характерен порог текучести: они не текут, пока приложенное напряжение не превысит определённое значение, называемое напряжением текучести.

Основные характеристики вязкопластичных жидкостей

  • При малых напряжениях деформация практически отсутствует — вещество ведёт себя как твёрдое тело.
  • При достижении и превышении порога текучести жидкость начинает течь, проявляя вязкие свойства.
  • Пример вязкопластичных материалов: пластилин, зубная паста, некоторые мази, суспензии.

Модель поведения вязкопластичных жидкостей

  • Основной математической моделью является модель Бингама:

    τ = τ0 + ηγ̇

    где τ — касательное напряжение сдвига, τ0 — напряжение текучести, η — вязкость, γ̇ — скорость сдвига.

  • Если τ < τ0, то скорость сдвига γ̇ = 0, то есть вещество не течёт.

Физическая природа вязкопластичности

  • Происходит за счет внутренней структуры вещества — наличие агрегатов, сеток, частиц, которые удерживают форму до определённого напряжения.
  • После преодоления порога происходит разрушение структуры и течь.

Практическое значение

  • Вязкопластичные жидкости широко используются в промышленности, медицине и косметологии.
  • Примеры: буровые растворы в нефтедобыче, цементные суспензии, продукты питания, кремы.

Методы исследования вязкопластичности

  • Ротационные вискозиметры, измеряющие зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига.
  • Построение кривых реологических характеристик для определения τ0 и η.

Взаимосвязь явлений

Кипение и конденсация тесно связаны с динамикой жидкостей и теплопереносом, а свойства вязкопластичных жидкостей влияют на процессы теплообмена и гидродинамики в сложных системах.

  • Вязкопластичные жидкости могут проявлять нестандартное поведение при кипении и конденсации, так как их структура влияет на формирование пузырьков и капель.
  • Управление вязкопластичностью помогает оптимизировать технологические процессы, связанные с фазовыми переходами.

Ключевые моменты для запоминания:

  • Кипение — фазовый переход с образованием паровых пузырьков внутри жидкости, зависит от давления.
  • Конденсация — обратный процесс, сопровождающийся выделением скрытой теплоты.
  • Вязкопластичные жидкости имеют порог текучести и комбинируют свойства твёрдых и жидких тел.
  • Модель Бингама описывает поведение вязкопластичных жидкостей через напряжение текучести и вязкость.
  • Вязкопластичность существенно влияет на тепло- и массообменные процессы в жидких системах.
Оглавление