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脹流性

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四種不同類型流體的剪應力剪應變率之間的關係

脹流性(Dilatant),又稱為剪切增稠(英語:shear thickening),是指剪切速率或者剪應力增加到某一個數值時,液體中形成了新的結構,引起了阻力的增加,導致液體的表觀粘度增大,同時伴隨著體積的脹大的現象。

脹流性流體是非牛頓流體中的一種,與之相反的是剪切稀化流體

具有脹流性的流體稱為脹流性流體dilatant fluid),大多數固體含量多的流體都是屬於這一類的。這類流體在靜止時,流體中的固體粒子處在堆砌得很緊密的狀態,粒子間空隙很小並充滿液體。當作用在懸浮液上的剪應力很大或者剪切速率很快的時候,粒子的移動速度較快,粒子間的空隙增大,懸浮體系的總體積增大,粒子間移動時的潤滑作用減小,阻力增大,引起了流體表觀粘度增大,從而致使在流動過程中能耗增大,增加剪切力並不能成比例的增大剪切速率。這種性質正好與剪切稀化流體的流動性質相反。

常見的脹流性流體有陶瓷泥漿,糖果配料,玉米澱粉以及沙水混合物等含高度抗絮凝固體的流體。

與其他流體類型的關係

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牛頓流體、脹流性流體、假塑性流體、賓漢流體的剪應力和剪應速率之間的關係如右圖所示。

Ostwald-De Waele曾經提出指數定律方程,其數學式如下:[1]

式中K和n為常數,系非牛頓性參數(K-粘度係數;n-流動行為特性指數),γ 是剪切速率,η則是液體的粘性,它是一種反映粘性流體流變性質的經驗性數學關係式,在一定數量級範圍內有相當好的準確性。

參考文獻

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  1. ^ Cunningham, Neil. Rheology School. Brookfield Engineering. [4 June 2011]. (原始內容存檔於2011年7月25日).