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非牛頓

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創(chuàng)建者：流體仿真0728 創(chuàng)建時間：2018-08-03

非牛頓的視頻教程

POlYFLOW基礎(chǔ)及其在塑料加工中的應(yīng)用
POlYFLOW基礎(chǔ)及其在塑料加工中的應(yīng)用

polyflow是采用有限元法計(jì)算流體力學(xué)的仿真軟件，具有強(qiáng)大的解決非牛頓、非線性問題的能力，專用于粘彈性材料流動模擬。主要適用于高分子材料的擠出成型、吹塑成型、擠出中的流動和化學(xué)反應(yīng)問題。 本課程主要包括一些常見聚合物加工過程，例如擠出、吹塑和混合等等。 ? 建議觀看者把播放器音量調(diào)到盡可能大

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STARCCM+系列CFD課程03-不可壓縮流
STARCCM+系列CFD課程03-不可壓縮流

：靜態(tài)混合器中的流體 <11> 粘彈性流：基礎(chǔ)拉伸 <12> 材料校準(zhǔn)：曲線擬合非牛頓模型參數(shù) <13> 聚合物熔體拉伸：液膜鑄造 本課程講解的軟件版本為STAR-CCM+ 2302版本 使用的案例文件為2306版本 高版本軟件可打開低版本文件 不同版本軟件界面略有變化 不影響學(xué)習(xí)使用 在講解中同步顯示了鼠標(biāo)的操作和鍵盤上的輸入

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非牛頓圖1

非牛頓的實(shí)例教程

認(rèn)識流體之壓縮與不可壓縮流、牛頓與非牛頓流、定常與非定常流 1、不可壓縮流和可壓縮流 壓縮性是流體的基本屬性。 任何流體都是可以壓縮的，只不過可壓縮的程度不同而已。 液體的壓縮性都很小，隨著壓強(qiáng)和溫度的變化，液體的密度僅有微小的變化，在大多數(shù)情況下，可以忽略壓縮性的影響，認(rèn)為液體的密度是一個常數(shù)。 氣體的壓縮性都很大。從熱力學(xué)中可知，當(dāng)溫度不變時，完全氣體的體積與壓強(qiáng)成反比，壓強(qiáng)增加一倍，體積減小為原來的一半；當(dāng)壓強(qiáng)不變時，溫度升高1℃體積就比0℃時的體積膨脹1/273。所以，通常把氣體看成是可壓縮流體，即它的密度不能作為常數(shù)，而是隨壓強(qiáng)和溫度的變化而變化的。我們把密度隨溫度和壓強(qiáng)變化的流體稱為可壓縮流體。把液體看作是不可壓縮流體，氣體看作是可壓縮流體，都不是絕對的。在實(shí)際工程中，要不要考慮流體的壓縮性，要視具體情況而定。 2、牛頓流體與非牛頓流體 考慮流體的剪切應(yīng)力和速度梯度之間的關(guān)系。如果流動過程中流體層間所產(chǎn)生的剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，而與壓力無關(guān)，則這種流體為牛頓流體。 非牛頓流體廣是指不滿足牛頓黏性實(shí)驗(yàn)定律的流體，指的是其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體，粘性隨著剪切力或者剪切速率而變化而改變。非牛頓流體其實(shí)很常見，絕大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體。比如人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細(xì)胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體。 太（白）粉溶液是典型的非牛頓流體，它的主要特征是：流體的粘度會因?yàn)槭艿降膲毫蛩俣榷兓瑝毫υ酱笏俣仍娇欤扯葧黾樱踔量梢猿蔀闀簳r性的固體。一盆太（白）粉的水溶液，如果你將手緩慢的插入水溶液中你的手會沒入其中，當(dāng)你拿出來時手上會沾滿白色的太（白）粉溶液。
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本篇文章將詳細(xì)介紹非牛頓流體函數(shù)的具體使用方法。 常見的非牛頓流體有：冪律、CarreauYasuda 模型、交叉模型、Herschel-Bulkley 模型以及粘度曲線等 5 種模型。 表觀粘度η 非牛頓流體的粘度μ隨剪切速率γ′和剪切應(yīng)力τ而變化，所以用流動曲線上某一點(diǎn)的τ與γ′的比值來表示在某一值時的粘度，這種粘度稱為表觀粘度，用η表示： τ=ηγ′ η=τ/γ′ 下面將介紹各模型的參數(shù)的含義： ① 冪律（Ostwald-De Wale冪律）： 冪律模型適用于廣泛剪切變形速率下的假塑性流體或脹塑性流體。 由于其在公式上的簡單性，在工程上有較大的實(shí)用價值。但是由于它是一個純粹的經(jīng)驗(yàn)方程，所以物理意義不夠明確。 另外，對于切變率很大或很小的情形，冪指數(shù)定律都不適用。 一致性指數(shù)：k，也稱稠度系數(shù)。k值是粘度的度量，但不等于粘度值，而粘度越高，K值也越高； 冪律指數(shù)：n，為流動行為指數(shù)或非牛頓指數(shù)，是與溫度有關(guān)的參數(shù)，n偏離1的程度越大，表明材料非牛頓性越強(qiáng)。； 當(dāng)n>1時，冪律方程反映剪切變稠的脹塑性流體（如淀粉、蔗糖溶液、涂料等）； 當(dāng)n<1時，冪律方程反映剪切變稀的假塑性流體（如大多數(shù)聚合物，番茄醬等）； 當(dāng)n=1時，冪律方程反映牛頓流體k=η0； 最小粘度：流體在冪律模型下適用的最小粘度，n>1時必須要輸入； 最大粘度：流體在冪律模型下適用的最小粘度，n<1時必須要輸入。 多數(shù)高分子流體是假塑性流體，可以用冪律方程描述，其流動行為指數(shù)n=0.15~0.6。 ② Carreau Yasuda模型： Carreau Yasuda方程既反映高剪切速率下的假塑性，又反映低剪切速率下的牛頓性。能夠描寫比冪律方程范圍更廣的流動性質(zhì)。
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本篇文章將詳細(xì)介紹非牛頓流體函數(shù)的具體使用方法。 常見的非牛頓流體有：冪律、CarreauYasuda 模型、交叉模型、Herschel-Bulkley 模型以及粘度曲線等 5 種模型。 表觀粘度η 非牛頓流體的粘度μ隨剪切速率γ′和剪切應(yīng)力τ而變化，所以用流動曲線上某一點(diǎn)的τ與γ′的比值來表示在某一值時的粘度，這種粘度稱為表觀粘度，用η表示： τ=ηγ′ η=τ/γ′ 下面將介紹各模型的參數(shù)的含義： ① 冪律（Ostwald-De Wale冪律）： 冪律模型適用于廣泛剪切變形速率下的假塑性流體或脹塑性流體。 由于其在公式上的簡單性，在工程上有較大的實(shí)用價值。但是由于它是一個純粹的經(jīng)驗(yàn)方程，所以物理意義不夠明確。 另外，對于切變率很大或很小的情形，冪指數(shù)定律都不適用。 一致性指數(shù)：k，也稱稠度系數(shù)。k值是粘度的度量，但不等于粘度值，而粘度越高，K值也越高； 冪律指數(shù)：n，為流動行為指數(shù)或非牛頓指數(shù)，是與溫度有關(guān)的參數(shù)，n偏離1的程度越大，表明材料非牛頓性越強(qiáng)。； 當(dāng)n>1時，冪律方程反映剪切變稠的脹塑性流體（如淀粉、蔗糖溶液、涂料等）； 當(dāng)n<1時，冪律方程反映剪切變稀的假塑性流體（如大多數(shù)聚合物，番茄醬等）； 當(dāng)n=1時，冪律方程反映牛頓流體k=η0； 最小粘度：流體在冪律模型下適用的最小粘度，n>1時必須要輸入； 最大粘度：流體在冪律模型下適用的最小粘度，n<1時必須要輸入。 多數(shù)高分子流體是假塑性流體，可以用冪律方程描述，其流動行為指數(shù)n=0.15~0.6。 ② Carreau Yasuda模型： Carreau Yasuda方程既反映高剪切速率下的假塑性，又反映低剪切速率下的牛頓性。能夠描寫比冪律方程范圍更廣的流動性質(zhì)。
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</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202007/imgs/3e90259f09b04630aef2c20cd6352c3b"></p><p><strong>John Mainstone與瀝青滴漏實(shí)驗(yàn)裝置</strong></p><p>非牛頓流體中的脹塑性流體無疑是流體中的世界級網(wǎng)紅，它很奇特，人可以在上面快速跑動，但是靜站在上面就會陷下去，它的力學(xué)特點(diǎn)是表觀粘度隨剪切速率的增大而增大，通俗地講就是“你剛（快）我強(qiáng)，你弱（慢）我柔”，可以抵抗沖擊，但是輕撫就稀碎，所以有人建議拿它來做防彈衣。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202007/imgs/865509da4ae8473d82e11380421f2c02"></p><p><strong>脹塑性流體</strong></p><p>如何用Abaqus模擬非牛頓流體？</p><p>Abaqus自6.9版加入了非牛頓流體的模擬功能，用戶可以在Abaqus/CFD模型中執(zhí)行一個包含非牛頓流體的流體動力學(xué)分析，也可以在Abaqus/Explicit模型中使用非牛頓流體，比如CEL或SPH分析。</p><p>需要注意的是，在Abaqus/Explicit模型中使用非牛頓流體，剪切粘度的定義必須與狀態(tài)方程（EOS）描述的材料一起使用。
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image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;非牛頓流體，是指不滿足牛頓黏性實(shí)驗(yàn)定律的流體，即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體。非牛頓流體廣泛存在于生活、生產(chǎn)和大自然之中。絕大多數(shù)生物流體都屬于所定義的非牛頓流體。&nbsp;</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;高分子聚合物濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體。聚乙烯、聚丙烯酰胺、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%81%9A%E6%B0%AF%E4%B9%99%E7%83%AF/1688898" rel="noopener noreferrer" target="_blank">聚氯乙烯</a>、尼龍6、PVS、賽璐珞、滌綸、橡膠溶液、各種工程塑料、化纖的熔體、溶液等，都是非牛頓流體。石油、泥漿、水煤漿、陶瓷漿、紙漿、油漆、油墨、牙膏、家蠶絲再生溶液、鉆井用的洗井液和完井液、磁漿、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛頓流體。食品工業(yè)中的番茄汁、淀粉液、蛋清、蘋果漿、濃糖水、醬油、果醬、煉乳、瓊脂、土豆?jié){、熔化巧克力、面團(tuán)、米粉團(tuán)、以及魚糜、肉糜等各種糜狀食品物料也都是非牛頓流體。
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非牛頓的最新內(nèi)容

全類型仿真分析，覆蓋核心需求：支持全尺度流場分析（穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)、層流/湍流等）、全類型熱管理（共軛傳熱、自然/強(qiáng)制對流、輻射等）、多物理場耦合（流-固-熱-聲-運(yùn)動聯(lián)動），還可實(shí)現(xiàn)多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、氣動噪聲、非牛頓流體等復(fù)雜場景仿真，同時支持與Altair? EDEM? 耦合，完成顆粒-流體系統(tǒng)仿真，滿足不同行業(yè)的個性化需求。 3.
例如計(jì)算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計(jì)算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進(jìn)行理論計(jì)算。我們將使用兩個理論數(shù)值計(jì)算的案例進(jìn)行說明。 圖一 利用MHC設(shè)計(jì)估算器，能立刻利用經(jīng)典理論求得指定參數(shù)的理論值 塑件冷卻時間理論計(jì)算 在射出成型中，冷卻時間是影響產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能的重要因素。
例如計(jì)算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計(jì)算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進(jìn)行理論計(jì)算。我們將使用兩個理論數(shù)值計(jì)算的案例進(jìn)行說明。 圖一 利用MHC設(shè)計(jì)估算器，能立刻利用經(jīng)典理論求得指定參數(shù)的理論值 塑件冷卻時間理論計(jì)算 在射出成型中，冷卻時間是影響產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能的重要因素。
粘度受到多種因素影響，包括分子量（分子量越高，粘度越高）、分子量分布（分布越寬，剪切稀化效應(yīng)越明顯）、溫度（溫度升高，粘度降低）以及剪切速率（對于非牛頓流體，粘度隨剪切速率增加而降低）。 圖 常用塑料的粘度與溫度的關(guān)系 熔體強(qiáng)度則是指塑料熔體在受拉伸時抵抗斷裂的能力，它反映了熔體在拉伸應(yīng)力下的內(nèi)在韌性和自支撐性。
粘度受到多種因素影響，包括分子量（分子量越高，粘度越高）、分子量分布（分布越寬，剪切稀化效應(yīng)越明顯）、溫度（溫度升高，粘度降低）以及剪切速率（對于非牛頓流體，粘度隨剪切速率增加而降低）。 圖 常用塑料的粘度與溫度的關(guān)系 熔體強(qiáng)度則是指塑料熔體在受拉伸時抵抗斷裂的能力，它反映了熔體在拉伸應(yīng)力下的內(nèi)在韌性和自支撐性。
根據(jù)粘度特性，流體可分為牛頓流體或非牛頓流體。 了解流體流動，在許多工程領(lǐng)域中都至關(guān)重要，包括航空航天、土木、機(jī)械和生物醫(yī)學(xué)工程等。此外還在海洋學(xué)、氣象學(xué)和生物學(xué)等科學(xué)學(xué)科中發(fā)揮著重要作用。為了解決復(fù)雜的流體流動問題，工程師通常采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）等先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)將強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)硬件與復(fù)雜的數(shù)值方法相結(jié)合。
基本上，這是一個與流動波前有關(guān)的三維瞬時問題，非牛頓流體流動及許多參數(shù)如熱傳導(dǎo)的問題都牽涉于其中。一般來說，若是設(shè)計(jì)未臻完美或是用了不適當(dāng)?shù)牟牧匣蛑瞥虠l件，都造成產(chǎn)品經(jīng)充填的過程中出現(xiàn)許多缺陷。 充填程序之示意圖 正常來說，充填過程中的熔膠都傾向往有最小阻力的區(qū)域前進(jìn)。若熔融的高分子在模穴中某個區(qū)域行進(jìn)的特別快，就表示此處對熔膠有著較低的阻力。
血液在血管里的流動本質(zhì)上可以認(rèn)為是一種非牛頓流體的流動，因此基于CFD仿真計(jì)算方法對血管血液流動問題進(jìn)行分析，是目前非常熱門的一個研究方向。
VirtualFlow軟件基于有限體積法，具備領(lǐng)先的 IST 網(wǎng)格技術(shù)，可自動生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格并局部加密、豐富的多相流模型和相變模型，包括VOF/Level Set/歐拉-拉格朗日模型，及復(fù)雜流體處理能力，如非牛頓流體、水合物等，支持千萬級網(wǎng)格并行計(jì)算能力。
例如計(jì)算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計(jì)算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進(jìn)行理論計(jì)算。我們將使用兩個理論數(shù)值計(jì)算的案例進(jìn)行說明。 圖一 利用MHC設(shè)計(jì)估算器，能立刻利用經(jīng)典理論求得指定參數(shù)的理論值 塑件冷卻時間理論計(jì)算 在射出成型中，冷卻時間是影響產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能的重要因素。