Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Как продвинуть сайт на первые места?
    Вы создали или только планируете создать свой сайт, но не знаете, как продвигать? Продвижение сайта – это не просто процесс, а целый комплекс мероприятий, направленных на увеличение его посещаемости и повышение его позиций в поисковых системах.
    Ускорение продвижения
    Если вам трудно попасть на первые места в поиске самостоятельно, попробуйте технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз, а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней. Если ни один запрос у вас не продвинется в Топ10 за месяц, то в SeoHammer за бустер вернут деньги.
    Начать продвижение сайта
  • Неньютоновские жидкости.






     

    Течение некоторых жидкостей (коллоидных растворов, нефтей с большим содержанием асфальтенов и парафинов, растворы полимеров и т.д.) не подчиняются закону Ньютону. Такие жидкости в реологии принято называть неньютоновскими или аномальными.

    Закон Ньютона обычно нарушается при течении коллоидных растворов с удлиненными частицами дисперсной фазы, способными деформироваться в поле напряжений и структурированных систем. Такие коллоидные системы обладают определенными механическими свойствами – пластичностью, упругостью, прочностью и вязкостью. Эти свойства в большинстве случаев связаны с образованием структуры в жидкости, и поэтому их часто называют структурно-механическими или реологическими свойствами.

    Основы реологии коллоидных растворов впервые изучены Ф.Н.Шведовым, Бингамом и Грином. В 1889 году Ф.Н. Шведов, позже в 1916 году Бингам установили, что течение системы с пространственной структурой начинается лишь тогда, когда напряжение сдвига τ превышает определенное критическое значение τ 0, необходимое для разрушения в жидкости структурной сетки. Такое течение было названо пластическим, а критическое напряжение сдвига – пределом текучести или предельным напряжением сдвига.

    Систему, течение которой подчиняется такой идеализированной схеме, в реологии называют телом Бингама или бингамовскими пластиками. Они описываются следующим реологическим уравнением Бингама-Шведова:

    τ – τ 0 = μ ’ du (2)
    dx

    где μ ’ – пластическая вязкость системы.

    Для ньютоновских жидкостей предельное напряжение сдвига равно нулю, и уравнение (2) переходит в закон Ньютона, а пластическая вязкость – в истинную вязкость. Из уравнения (2) следует: система до τ 0 упруго деформируется, после этого течет с постоянной пластической вязкостью μ ’ = (τ –τ 0) / (du/dx).

    В области упругой деформации вязкость бингамовского пластика чрезвычайно высокая. Здесь упруго деформируется структурный «каркас» из частиц дисперсной фазы. При превышении τ 0, согласно уравнению Бинагама-Шведова, структурная сетка мгновенно разрушается, и вязкость системы принимает постоянное значение.

    Линия консистентности бингамова тела выражается прямой линией, отсекающей отрезок на оси абсцисс, равный τ 0 от начала координат (рис.1).

    Рис.1. Линия консистентности и зависимость μ ’ от τ для пластической жидкости.

     

    Примером систем, хорошо подчиняющихся уравнению (2), могут служить нефти с высоким содержанием парафинов при температурах ниже температуры кристаллизации. Однако у многих реальных структурированных коллоидных систем линия консистентности оказывается не прямой, а кривой, отсекающей на оси напряжений сдвига некоторый отрезок (рис.2). В этом случае при достижении предела текучести структура разрушается не сразу, а постепенно, по мере увеличения скорости сдвига.

     

     
     

    Рис.2. Линия консистентности и зависимость μ ’ от τ для реальной упруго-пластической системы.

     

    Для характеристики механических свойств структуры в этом случае вводят три параметра: минимальный предел текучести (статическое напряжение сдвига), соответствующий началу течения жидкости τ 0; предел текучести по Бингаму (динамическое напряжение сдвига по Бингаму) τ Б; максимальный предел текучести (напряжение сдвига предельного разрушения структуры), при котором кривая переходит в прямую линию τ m (рис.2). Значение τ m равно напряжению, при котором структура в жидкости полностью разрушается.

    Математическая модель упруго-пластической жидкости выражается следующей степенной зависимостью:

    τ – τ 0 = κ ﴾ du ﴿ n (3)
    dx

    где κ – мера консистентности жидкости. С увеличением вязкости жидкости мера консистентности растет; n – степень неньютоновского поведения системы. Значение n всегда меньше единицы. Чем больше n отличается от единицы, тем сильнее проявляются неньютоновские свойства жидкости.

    Кажущаяся вязкость системы определяется из соотношения

    В качестве примера упруго-пластической жидкости можно указать на масляную краску, буровые растворы, высоко парафинистую дегазированную нефть с температурой ниже температуры насыщения парафином. Например, линии консистентности такой формы (рис.2) обнаружены у некоторых нефтей месторождений Азербайджана, Узбекистана, Казахстана.

    На практике наличие статического напряжения сдвига у жидкости часто играет положительную роль. Так, толщина слоя краски, оставленная после нанесения на вертикальную поверхность, определяется величиной τ 0. Следовательно, изменяя значение τ 0, можно регулировать резкой краски на покраску поверхности.

    При бурении скважин процесс проходки часто прерывается. Применение качественных буровых растворов позволяет удерживать во взвешенном состоянии часть выше выбуренной породы и тем самым предотвращать поломку бурового инструмента. При этом регулирование параметров и размеров частиц удерживаемого в буровом растворе шлама достигается подбором параметра τ 0.

    Рис.3. Линия консистентности и зависимость μ ’ от τ для вязкопластической системы.

     

    То же самое наблюдается и при течении растворов высокомолекулярных соединений с гибкими, свернутыми в клубок макромолекулами, например, у водных растворов полимеров. Здесь снижение вязкости обусловлено распрямлением молекул и ориентацией в направлении потока. Система ведет себя при течении как жидкость, в которой взвешены частицы, способные ориентироваться или деформироваться.

    Во всех этих случаях речь идет о кажущейся или эффективной вязкости, так как истинная вязкость жидкости от скорости течения не зависит.

    Механические свойства псевдопластической жидкости характеризуются двумя параметрами: динамическим напряжением сдвига предельного разрушения структуры или ориентирования частиц в потоке τ m (рис.3). Реологическое уравнение у таких систем выражают в виде степенной зависимости

    Кажущаяся вязкость вязко-пластической жидкости выражается следующим образом:

    Здесь и в предыдущем случае необходимо иметь в виду, что для реальной жидкости n является переменным и зависящим от скорости сдвига. Поэтому при решении практических задач значение n следует определять в ограниченном пределе скоростей сдвига. Кроме того, неудобство использования степенного закона обусловлено зависимостью размерности меры консистентности от показателя степени.

    В настоящее время для увеличения нефтеотдачи пластов, при воздействии на призабойную зону скважин и проведении изоляционных работ применяются растворы полимеров. В некоторых условиях в пористой среде они проявляют свойства дилатантных жидкостей.

    Термин «дилатантная» можно применять для тех жидкостей, кажущаяся вязкость которых с увеличением скорости сдвига повышается (рис.4).

    Рис.4. Линия консистентности и зависимость кажущейся вязкости от напряжения сдвига для дилатантной жидкости.

     

    Такой тип течения был впервые обнаружен Рейнольдсом в суспензиях при большом содержании твердой фазы и крахмальных клейстерах. Рейнольдс при объяснении дилатантных свойств суспензий высказывает предположение о том, что в состоянии покоя твердые частицы имеют наиболее плотную упаковку, а пространство между частицами заполнено жидкостью. При течении суспензии с небольшой скоростью жидкость служит смазкой, уменьшающей трение между частицами, и напряжения сдвига невелики. При больших скоростях сдвига плотная упаковка частиц нарушается, увеличивается объем суспензии и уже при новой структуре жидкости ее недостаточно для смазки трущихся друг о друга частиц. Действующие напряжения сдвига при этом увеличиваются значительно быстрее, чем скорости сдвига.

    Для описания реологического поведения дилатантной жидкости также применяют степенной закон, но с показателем степени больше единицы.

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.