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2020年8月21日

非牛頓流體的一般現象 (General Phenomena of Non-Newtonian Fluids)

本文介紹幾個非牛頓流體所具有的特殊現象,它們的成因可能來自以下單一個或多個效應,包括正向應力效應 (normal stress effects)、高拉伸黏度 (high extensional viscosities)、形變過程的歷史 (history of deformation process)。

1. 爬桿威森堡效應 (Rod-Climbing Weissenberg Effects)

當桿子旋轉時,非牛頓流體因正向應力效應而爬桿 (如圖);反觀,牛頓流體則因慣性力而往器皿邊緣移動 (甩出)

當轉速越大,爬桿現象越明顯 (圖 a 至 g)。最後發生不穩定性 (圖 h)


2. 後擠壓效應 (Post-Extrusion Effects)

當出現擠壓膨脹現象,半徑最多可增加至管徑的三至四倍

當流速增加,膨脹現象的會因為流體慣性而發生延遲 (圖 b 和 c)

當流速增加,擠出物的不穩定性也隨之增加 (圖 a 至 d)。鯊魚皮 (sharkskin) 並未出現在此序列中

當流速增加,擠出物的不穩定性也隨之增加 (圖 a 至 d)。鯊魚皮 (sharkskin) 出現於圖 b,熔體破裂 (melt fracture) 出現於圖 d,圖 c 則是兩現象的疊加。請注意,上方 Fig. 2.15 為線性高分子,而此圖 Fig. 2.16 為分支高分子


3. 拉伸黏度效應 (Extensional-Viscosity Effects)

高拉伸黏度是無管虹吸現象 (tubeless syphon) 的成因


4. 形變歷史效應 (Deformation-History Effects)

圖 b: 在高轉速下,長絲被刮鏟偏轉,高分子溶液呈類固體行為並進行彈性形變,且長絲並無沾黏於刮鏟。圖 c: 在低轉速下,長絲與刮鏟接觸並被抽出,對比於圖 b,此時長絲黏於刮鏟並呈高黏著性

彈性回彈現象 (elastic recoil)。於圖 b,使用剪刀剪斷流體,於圖 c,被剪斷的上半部流體回彈至上方瓶子

Reference: DV Boger, K Walters, Rheological Phenomena in Focus (Elsever 1993).

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