要點

• 作用在流體上引起剪切流的外力稱為剪切應(yīng)力。

• 屈服應(yīng)力是流體達(dá)到結(jié)構(gòu)化流動時所施加的應(yīng)力。 

• 在剪切增稠流體中，剪切稀化行為的破壞發(fā)生在臨界剪切應(yīng)力下，并隨著粘度的增加而在流體行為中帶來類似固體的轉(zhuǎn)變

在剪切稀化流體中，粘度發(fā)生大幅下降時的剪切應(yīng)力值稱為臨界剪切應(yīng)力

流體變形與力和時間有關(guān)。流變學(xué)是對流動以及變形如何與力和時間相互關(guān)聯(lián)的研究。流變學(xué)研究涉及固體變形、液體流動和粘彈性材料的行為，顯示固體和液體的特性。

在研究流體變形時，您可能會遇到不同的牛頓和非牛頓流體行為。兩種這樣的行為是剪切稀化和剪切增稠。臨界剪切應(yīng)力表示剪切稀化流體行為變化的開始。在剪切增稠中，在臨界剪切應(yīng)力下觀察到類固體轉(zhuǎn)變。 

在本文中，我們將研究臨界剪切應(yīng)力對剪切稀化和稠化流體的影響。

剪切流、剪切應(yīng)力、剪切應(yīng)變和剪切速率

在剪切流和拉伸流中，前者是最常見的流動行為。在剪切流中，流體層彼此滑動的速度大于其下方層的速度。最大速度位于頂層，底層靜止。

作用在流體上引起剪切流的外力稱為剪切應(yīng)力。表示的剪切應(yīng)力是每單位面積的力。

流體層上的位移梯度稱為剪切應(yīng)變。當(dāng)剪切應(yīng)力在剪切應(yīng)力的作用下繼續(xù)增加時，就會產(chǎn)生速度梯度。

速度梯度，也稱為剪切率或應(yīng)變率，是應(yīng)變隨時間的變化率。流體的行為隨剪切速率或剪切應(yīng)力的值而變化。其中一種行為是剪切稀化。

剪切稀化和臨界剪切應(yīng)力

剪切稀化是非牛頓流體中常見的行為。它也稱為假塑性流動。剪切稀化是由流體中微觀結(jié)構(gòu)水平的重新排列造成的。在施加剪切應(yīng)力的平面中發(fā)生的重新排列改變了流體的行為。在剪切稀化流體中，隨著施加的應(yīng)力增加，流體速度降低。存在一個特定的剪切應(yīng)力值，在該值處觀察到粘度大幅下降，該值稱為臨界剪切應(yīng)力。

剪切稀化流體在低剪切速率下表現(xiàn)出恒定的粘度值。剪切稀化流體的恒定粘度值稱為零剪切粘度或零剪切粘度平臺。隨著施加的剪切應(yīng)力增加，在特定點觀察到粘度大幅下降。剪切應(yīng)力或剪切速率的該值稱為臨界剪切應(yīng)力或臨界剪切速率。在臨界剪切速率點，流體開始發(fā)生剪切稀化行為。

屈服應(yīng)力

乳液、聚合物溶液和熔體是剪切稀化流體的例子。在高度剪切稀化的流體中，粘度達(dá)到無限值并且固體的特征變得可見。這種行為在低于臨界剪切應(yīng)力值（稱為屈服應(yīng)力）時出現(xiàn)。由于屈服應(yīng)力而產(chǎn)生的行為或流動響應(yīng)稱為塑性流動。塑性流動的特點是隨著剪切速率接近零，粘度不斷增加。 

屈服應(yīng)力的重要性

屈服應(yīng)力是流體達(dá)到結(jié)構(gòu)化流動時所施加的應(yīng)力。屈服應(yīng)力在涉及泵送、涂覆和鋪展的應(yīng)用中非常重要。在重力引起的應(yīng)力相對較低的流體中，屈服應(yīng)力會抑制流動。這主要被視為阻燃涂料、油漆、石膏、粘合劑等產(chǎn)品的抗坍落度和流掛性。屈服應(yīng)力在流體流動中引入了所需和不需要的質(zhì)量。

接下來，讓我們看看臨界剪切應(yīng)力如何影響剪切增稠。

剪切增厚和臨界剪切應(yīng)力

在某些流體中，粘度隨著剪切速率或剪切應(yīng)力的增加而增加。這種流體稱為剪切增稠流體，這種現(xiàn)象稱為剪脹性。剪切增稠通常表現(xiàn)為具有高濃度固體顆粒的顆粒懸浮液或分散體。

剪切增稠液用于減震器和防護(hù)設(shè)備。大多數(shù)剪切增稠流體在低剪切速率和應(yīng)力下表現(xiàn)出剪切稀化行為。剪切稀化行為的破壞發(fā)生在臨界剪切應(yīng)力下，并隨著粘度的增加而在流體行為中帶來類似固體的轉(zhuǎn)變。

臨界剪切應(yīng)力是影響流體流動響應(yīng)的重要參數(shù)。表現(xiàn)出剪切增稠和剪切稀化特性的流體行為取決于臨界剪切應(yīng)力。  

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