Зависящая от времени вязкость

В механике сплошной среды вязкость , зависящая от времени, — это свойство жидкостей которых , вязкость изменяется в зависимости от времени. Наиболее распространенным типом этого является тиксотропия , при которой вязкость жидкостей при непрерывном сдвиге уменьшается со временем; противоположностью является реопектия , при которой вязкость увеличивается со временем.

Тиксотропные жидкости

Некоторые неньютоновские псевдопластические жидкости демонстрируют зависящее от времени изменение вязкости и нелинейное поведение «напряжение-деформация», при котором чем дольше жидкость подвергается сдвиговому напряжению , тем ниже становится ее вязкость. Тиксотропная жидкость – это жидкость, которой требуется время для достижения равновесия вязкости при ступенчатом изменении скорости сдвига. Когда сдвиг в тиксотропной жидкости превышает определенный порог, это приводит к разрушению микроструктуры жидкости и проявлению свойства утончения при сдвиге .

Некоторые гели или жидкости, которые являются густыми (вязкими) в статических условиях, начинают разжижаться и течь при встряхивании, взбалтывании или ином воздействии. Когда стресс прекращается, они с течением времени возвращаются в более вязкое состояние. Некоторые тиксотропные жидкости почти мгновенно возвращаются в гелеобразное состояние, например кетчуп, и называются псевдопластическими жидкостями. Другие, такие как йогурт, требуют гораздо больше времени и могут стать почти твердыми. Многие гели и коллоиды являются тиксотропными материалами: в состоянии покоя они имеют стабильную форму, но при взбалтывании становятся все более текучими.

Примеры и приложения

Цитоплазма , синовиальная жидкость (находится в суставах между некоторыми костями) и основное вещество человеческого тела — все они тиксотропны, как и сперма . ^{[ 1 ]} Некоторые сорта меда (например, вересковый мед ) при определенных условиях могут проявлять тиксотропию.

Некоторые глины (включая бентонит и монтмориллонит ) проявляют тиксотропию, как и некоторые глинистые отложения, обнаруженные в пещерах (медленно текущие подземные ручьи имеют тенденцию наслаивать мелкозернистые отложения на иловые отмели, которые сначала кажутся сухими и твердыми, но затем становятся влажными и жидкими, если их закапывать или иным образом обеспокоен). Буровые растворы, используемые в геотехнических целях, могут быть тиксотропными.

В процессах полутвердого литья, таких как тиксоформование, используются тиксотропные свойства некоторых сплавов (в основном легких металлов , например висмута с большим преимуществом ). В определенных температурных диапазонах и при соответствующей подготовке эти сплавы можно впрыскивать в формы в полутвердом состоянии, в результате чего получается отливка с меньшей усадкой и другими превосходными свойствами, чем отливки, отлитые в обычных процессах литья под давлением .

Паяльные пасты, используемые в процессах печати при производстве электроники, являются тиксотропными.

Многие виды красок и чернил (например, пластизоли, используемые при шелкографии на текстиле ) обладают тиксотропными свойствами. Во многих случаях желательно, чтобы чернила или краска растекались достаточно быстро, чтобы образовать однородный слой, но затем сопротивлялись дальнейшему растеканию (что на вертикальных поверхностях может привести к провисанию). Тиксотропные чернила, которые быстро восстанавливают высокую вязкость, используются в CMYK процессах печати ; это необходимо для защиты структуры точек и точной цветопередачи.

Жидкость для фиксации резьбы представляет собой тиксотропный клей, отверждающийся анаэробно .

Тиксотропия была предложена в качестве научного объяснения чудес разжижения крови , таких как чудеса святого Януария в Неаполе . ^{[ 2 ]}

Другими примерами тиксотропных жидкостей являются желатин , шортенинг , сливки , ксантановой камеди растворы , водные гели оксида железа , пектиновые гели, гидрогенизированное касторовое масло , суспензия технического углерода в расплавленной резине шин, многие хлопьевидные суспензии и многие коллоидные суспензии.

Реопектические жидкости

являются зеркалом тиксотропии и По сути, реопектические жидкости представляют собой еще более редкий класс неньютоновских жидкостей, которые демонстрируют зависящее от времени увеличение вязкости; они сгущаются или затвердевают при встряхивании или взбалтывании. Чем дольше они подвергаются сдвиговому усилию их вязкость . , тем выше становится ^{[ 3 ]} поскольку микроструктура реопектической жидкости формируется при постоянном сдвиге (возможно, из-за кристаллизации, вызванной сдвигом).

Примеры и приложения

Примеры реопектических жидкостей включают некоторые гипсовые пасты, чернила для принтеров и смазочные материалы .

Также продолжаются активные исследования реопектических материалов, особенно в отношении их потенциального использования для поглощения ударов . Помимо очевидного потенциального военного применения, реопектическая набивка и броня могут предложить значительные преимущества перед альтернативными материалами, которые в настоящее время используются в широком спектре областей: от спортивных товаров и спортивной обуви до прыжков с парашютом и автомобильной безопасности.

Дополнительную информацию о реопектии и возможном использовании реопектических жидкостей можно получить путем дальнейших исследований физики гистерезиса . ^{[ 4 ]}

См. также

Гидродинамика
Вязкость
Реопектия : чем дольше жидкость подвергается сдвиговому усилию, тем выше ее вязкость. Зависимое от времени поведение утолщения при сдвиге.
Тиксотропия : чем дольше жидкость подвергается сдвиговому усилию, тем ниже ее вязкость. Это зависящее от времени поведение при сдвиговом утончении.
Утолщение при сдвиге : похоже на реопектию, но не зависит от времени.
Утончение при сдвиге : аналогично тиксотропии, но не зависит от времени.

Примечания

^ Хендриксон, Т.: «Массаж при ортопедических заболеваниях», стр. 9. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс, 2003.
^ Гарлашелли, Рамаччини, Делла, крутые бои воздушных сил Сала, «Кровь святого Януария», Химия в Британии 30.2 , (1994:123)
^ «BBC Science – Как сделать жидкость одновременно твердой» . BBC.co.uk. 05.08.2013 . Проверено 8 марта 2015 г.
^ Харлоу, Фрэнсис Х.; Уэлч, Дж. Эдди (1965). «Численный расчет нестационарного течения вязкой несжимаемой жидкости со свободной поверхностью» . Физика жидкостей . 8 (12): 2182. дои : 10.1063/1.1761178 . Проверено 25 мая 2014 г.

Ссылки

Дж. Р. Листер и Х. А. Стоун (1996). Зависящая от времени вязкая деформация капли в быстро вращающейся более плотной жидкости. Журнал механики жидкости, 317, стр. 275–299 doi:10.1017/S0022112096000754
Райнер М. и Скотт Блэр, Терминология реологии, в журнале Rheology , Vol. 4 стр. 461 (Нью-Йорк: Achedemic Press, 1967).
Харлоу, Фрэнсис Х.; Уэлч, Дж. Эдди (1965). «Численный расчет нестационарного течения вязкой несжимаемой жидкости со свободной поверхностью» . Физика жидкостей . 8 (12): 2182. дои : 10.1063/1.1761178 . Проверено 25 мая 2014 г.

[1] Хендриксон, Т.: «Массаж при ортопедических заболеваниях», стр. 9. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс, 2003.

[2] Гарлашелли, Рамаччини, Делла, крутые бои воздушных сил Сала, «Кровь святого Януария», Химия в Британии 30.2 , (1994:123)

[3] «BBC Science – Как сделать жидкость одновременно твердой» . BBC.co.uk. 05.08.2013 . Проверено 8 марта 2015 г.

[4] Харлоу, Фрэнсис Х.; Уэлч, Дж. Эдди (1965). «Численный расчет нестационарного течения вязкой несжимаемой жидкости со свободной поверхностью» . Физика жидкостей . 8 (12): 2182. дои : 10.1063/1.1761178 . Проверено 25 мая 2014 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]