سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی

نيروي برشي (shear stress) زماني واقع مي شود كه سيال حركت فيزيكي (physically) داشته باشد كه اين حركات از قبيل :

ـريزش Pouring

ـ پهن شدن Spreading

ـ پاشش Spraying

ـ بهم زدن Mixing

سيالاتي كه از لحاظ مقدار ، لزجت بيشتري دارند نيروي برشي بيشتري نسبت به سيالات با لزجت كمتر نياز دارند .

ب ) گراديان (Gradinet)

گراديان سرعت اندازه اي از مقدار سرعت لايه هاي مياني است كه حركتي نسبي ، نسبت به يكديگر دارند ، كه توصيفي از برش سيالات آزمايشي است و نرخ برش (R) ناميده مي شود و واحد آن معكوس ثانيه (S-1 : Reciprocal sec.) است .

پ ) نيروي برشي( Shear Stress)

ترم نشان دهنده نيرو بر واحد سطح مورد نياز است ، تا توليد يك عمل برشي را داشته باشيم كه به تنش برشي (Sort) نامگذاري شده است و واحد آن (N/m2) است .

ـ در نتيجه لزجت ( ويسكوزيته ) مي تواند به شكل زير تعريف شود :

(R) نرخ برش / ( S) تنش برشي = لزجت

يكاي اصلي ( بنيادي ) لزجت (poise) است و هر 10 پویز برابر یک پاسکال-ثانیه (Pa-S) می باشد .

سيالات نيوتني (Newtonian Fluids )

در زير نمودارها روابط بين تنش برشي و نرخ برش و لزجت سيالات را در مقادير برش مختلف نشان مي دهد . نمونه سيالات نيوتني شامل آب ، روغن موتور رقيق ، الکل و هوا می باشد

رفتار يك سيال نيوتني در آزمايشات كنترل شده با دما و فشار ثابت به اشكال زير نمايان مي شود .:

1ـ تنها تنش توليد شده در يك برش ساده سيال تنش برشي S است و دو تنش نرمال ديگر صفر است.

2ـ لزجت برشي با نرخ برش ، تغيير نمي كند .

3ـ لزجت نسبت به زمان برش و تنش در ريزش مايع ثابت است و وقتي كه برش متوقف شد فوراً به صفر ميل مي كند..

4- ویسکوزیته های اندازه گیری شده در نوعهای مختلف از تغییر شکل ، عمدتا نسبت ساده ای با یکدیگر دارند.

سيالات غير نيوتن

( Non newtionian Fluids )

الف - مستقل از زمان ( Time Independent)

يك سيال غير نيوتني به عنوان سيالي كه از رابطه ي لزجت تبعيت نكند و مقدار آن ثابت نباشد، تعريف مي شود . مقدار لزجت سيالات غير نيوتني زماني كه نرخ تنش برشي تغيير مي كند ، متنوع است . بدين معني كه ، پارامترهاي مدل هاي ويسكومتر ، محور (Spindle) و سرعت چرخش داراي تأثيري بر اندازه لزجت است. اين پارامتر لزجت به لزجت ظاهري (apparent viscosity) ناميده مي شود و درست زماني است كه مقادير بدست آمده از آزمايشات ، متفق اند .

انواع مختلفي از سيالات غير نيوتني وجود داردکه پاسخهای مختلفی در نرخهای برشی اعمال شونده از خود نشان می دهند :

1. Pseudoplastic

2. Dilatant

3. Bingham plastic

1ـ پزودو پلاستيك (پبه پلاستيك ) Pseudo plastic

لزجت اين نوع سيالات با افزايش نرخ برش ، كاهش مي يابد . كه از اين نوع مي توان به مواد زير اشاره كرد .كه به اين نوع از رفتار رقيق گرداني برش (shear – thiing) مي گويند .

مثالها :

مركب چاپ printers ink تفاله كاغذ paper pulp

نشاسته Starch گريس Greases

محلول هاي شيره اي Latex Solutians صابون Soap

امولسيون ها Most emulsions رنگ Paint

2ـ ديلانت ها ( گشاده شونده ، متسع ) Dilatants

توصيفي است از افزايش لزجت سيال با افزايش نرخ برش . اين سيالات به نام ضخيم شونده برش مايعات Sear – thickening liquids نيز ناميده ميشوند .

مثالها :

شنزار Beach sand فلدسپاپ Feldspar

شن هاي روان Quick Sand نوعي شيشه معدني Mica

نشاسته در آب Starch in water خاك رس Cloy

تركيبات شيرين ، نبات Candy Compound

3ـ بينگهام (Bingham )

رفتار مايعات ، همچون جامدات تحت شرايط استاتيك است . مقدار مشخصي از نيرو بايد بكار برود تا سيال قبل از هرگونه سيلان يافتن (Flow) تحريك شود . اين نيرو به نام مقدار تسليم (yield Value) است . سوپ گوجه فرنگي يك مثال از اين قبيل سيالات است .

مثالها :

لجن Mud ماسه Clay

قير Tar لجن فاضلاب Sludge

ب - وابسته به زمان ( Time Dependent)

بعضي از سيالات يك تغييري در لزجت را با زمان كه تحت شرايط نرخ برش ثابت است ، نمايش مي دهند .

1ـ تيكسوتروپيك ( Tixotropic )

سيالاتي كه لزجت آن ها با زمان كاهش مي يابد ، در حاليكه آن شئ با برش ثابت است .

2ـرئوپكتيك ( Rheopectic )

مقدار لزجت اينگونه سيالات با گذر زمان افزايش مي يابد به طوري كه برش آن ها در يك نرخ ثابت است .

مثالها :

ژل سيليك Silica gel

گريس Greases

آسفالت Asphalt

نشاسته Starch

بنتونيت Bentonite