direktor@resant.ru
Коллегия судебных экспертов: 8(495)295-95-95
РЕОЛОГИЯ (от греч.rheos-течение, поток и logos-слово, учение), наука, изучающая деформац. св-вареальных тел. Реология рассматривает действующие на тело мех. напряжения и вызываемыеими деформации, как обратимые, так и необратимые(остаточные). В узком смысле-термин “реология” иногда относят только кизучению течения вязких и пластичных тел. Объектами реологии являются самые разнообразныематериалы: полимеры (расплавы, р-ры, армированные и наполненные композиц. материалы,резины), дисперсные системы (пены, эмульсии, суспензии, порошки, пасты), металлыи сплавы (особенно при высоких т-рах), нефтепродукты, грунты, гор-ные породы,строит. материалы (бетоны, битумы, силикаты), пищ. продукты и т.п. Биореологияизучает механические св-ва биологических жидкостей (крови, синовиальной, плевральнойжидкостей) и деформац. св-ва мышц, сосудов и пр.
Термин “реология”предложен Ю. Бингамом; официально принят в 1929.
Осн. задача реологии-установлениезависимости между мех. напряжениями s и деформациями e, а также ихизменениями во времени t; ур-ние f(s, e, t)= 0 наз. реологич. ур-нием состояния (РУС). Знание РУС необходимо для решениягидродинамич. задач, а также для количеств. описания поведения техн. материаловпри произвольных условиях нагружения. Осн. внимание уделяется таким условиямнагружения, когда одновременно проявляются вязкие и пластич. или вязкие и упругиесв-ва в-ва. Реология также рассматривает задачу установления соответствия между особенностямидеформац. поведения конкретного материала и его структурой.
Простейшие (предельные)РУС-линейные соотношения между деформацией (или скоростью деформации) и напряжением.Для твердых тел это-закон Гука s = Ee, где s-нормальное(растягивающее) напряжение, e-относит. деформация растяжения, Е- модульупругости; для жидкостей-закон Ньютона-Стокса,где т-касательное напряжение,-скоростьдеформации сдвига, h-сдвиговая вязкость. Соотв. определяют два крайнихпо своему деформац. поведению типа сред-упругое тело, при деформировании к-рогоне происходит диссипации (рассеяния) энергии, и жидкость, не способная запасатьэнергию деформирования.
Существуют три осн. реологич.модели для тел, не подчиняющихся этим соотношениям: вязкоупругие (и упруговяз-кие)среды, пластичные тела и неньютоновские жидкости. Реальные материалы могут сочетатьмех. св-ва, характерные для разл. моделей. При достаточно малых напряжениях,деформациях или скорости деформирования все РУС линейны, но при возрастаниидеформаций или напряжений мех. поведение тела становится более сложным и описываетсянелинейными РУС. Соотв. различают линейные и нелинейные тела (среды, материалы).
Вязкоупругость (и yпpyговязкость).Для линейной вязко-упругой жидкости напряжение s0, возникающеепри задании ступенчатой деформации e = const, убывает (релаксирует) донуля по закону: s = s0f(t), где f(t)-т.наз. ф-ция релаксации, не зависящая от s0. В простейшем случаеf(t) = = е-t/q, где q-времярелаксации. Жидкость, ф-ция релаксации к-рой выражается одним экспоненц. слагаемым,наз. максвелловской. В общем случае f(t) м. б. представленасуммой экспонент, что равнозначно существованию набора (спектра) времен релаксации.Релаксацию напряжения иногда описывают ур-нием Кольрауша: ,где k и n-эмпирич. постоянные. Такой подход применяют для резиновыхсмесей, р-ров полимеров, лакокрасочных материалов и др.
Для линейного упруговязкогоТвердого тела при скачкообразном задании напряжения s = const деформацияизменяется во времени по закону: e = e0y(t),где e0-начальная деформация, а y(t)-т. наз. ф-цияползучести (ф-ция крипа), не зависящая от s. В простейшем случае y(t)= 1 — — е-t/l, где l-время запаздывания;в общем случае y(t) выражается суммой экспоненц. слагаемых. Твердоетело, свойства к-рого описываются реологич. моделью с одним временем запаздывания,наз. телом Кельвина-Фойхта.
Для сложного процесса мех.воздействия в области линейного поведения тела, т.е. когда f(t)не зависит от e, а y(t)-от s, справедлив принципсуперпозиции Больцмана, согласно к-рому реакция тела на любое последующее нагружение не зависит от действия всех предшествующих нагрузок. Математическиэтот принцип выражается РУС в виде интеграла Больцмана-Вольтерры:
где Е,-равновесный(остаточный) модуль упругости (для жидкости Е, =0),-скоростьотносит. деформации. Для нелинейных вязкоупругих сред, т. е. когда s перестаетбыть пропорциональным e, принцип суперпозиции Больцмана не применим. Возможныразличные способы его обобщения. Так, значение s(t) м. б. представленофункционалом от скорости нагружения, т-ры и др. характеристик предыстории нагружения,т.е. d определяется процессом изменения этих характеристик. Разложениефункционала в ряд дает сумму интегралов в интервале времени (0, t),ядра интегралов выражают деформац. св-ва материала. Такой подход применяютпри расчетах композиц. материалов (стеклопластиков и др.). Согласно др. подходу,релаксац. спектр тела (среды) предполагается зависящим от e,или s. Так, ур-ние Александрова-Гуревича основано на предположении, согласнок-рому q=q0е-as, где q0-значениеq при s = О, a-эмпирич. постоянная.
При сдвиговом течении вязкоупругихжидкостей кроме обычных необратимых деформаций вязкого течения накапливаютсяи сохраняются в потоке большие упругие (высоко-эластич.) деформации. Это приводитк возникновению дополнит. напряжений (помимо сдвиговых), перпендикулярных плоскостисдвига (т. наз. нормальные напряжения). Из-за нормальных напряжений наблюдаетсяряд реологич. аномалии, объединяемых общим назв. эффекта Вайсен-берга: подъемвязкоупругой жидкости по стержню, вращающемуся в вязкоупругой среде; появлениесилы, стремящейся раздвинуть два параллельно расположенных диска, вращающихсяв вязкоупругой жидкости, и др. Эти явления характерны для расплавов и р-ровполимеров.
Появление нормальных напряженийпри сдвиговом течении вязкоупругих жидкостей-простейший случай нелинейного вязкоупругогоповедения жидкостей. При низких скоростях сдвига нормальные напряжения пропорциональныg2, поэтому их появление наз. “эффектом второго порядка”.При высоких напряжениях и скоростях сдвига нелинейность поведения проявляетсясильнее: нормальные напряжения растут с увеличениемслабее, чем ,а касательные напряжения перестают быть пропорциональными ,т.е. перестает соблюдаться закон Ньютона-Стокса. При изменении режима деформированияпроявляются релаксац. св-ва вязкоупругих жидкостей. Так, струя, образующая полимерноеволокно, после выхода из канала (фильеры) разбухает; при выходе из формующейголовки экструде-ра сложнопрофильные изделия претерпевают искажения формы.
Хотя реологич. св-ва жидкостейнаиб. часто измеряют в условиях сдвигового течения, для высоковязких жидкостейтеоретич. и практич. интерес представляет также одноосное (продольное) растяжение.Для ньютоновских жидкостей вязкость при растяжении равна 3h (закон Трутона);для вязкоупругих жидкостей она может значительно отличаться от 3h, чтотакже связано с нелинейностью вязкоупругих св-в.
Принципиальная особенностьреологич. св-в вязкоупругих жидкостей – возникновение при большихнеустойчивостипотока и разрывов сплошности. В общем случае режим течения определяется соотношениемхарактерного времени деформированияи”внутреннего” характерного времени структурных изменений d.Величинаможетслужить для оценки скорости процесса перестройки структуры жидкости, разрушеннойдеформированием; в частности, она отражает процесс релаксации. При1вязкоупругая среда становитсятвердообразной. Вследствие этого поток становится неустойчивым; возникает эластич.турбулентность-неустойчивое течение, вызванное нерегулярным накоплением и сбросомупругих деформаций. Материал может отрываться от граничной твердой стенки канала(напр., фильеры при формовании волокон) или в материале возникают периодич.колебания (по всему объему или в поверхностной зоне), что приводит, напр., кпоявлению матовости (ухудшению прозрачности) экструдируемой пленки; наконец,материал может разрываться подобно тому, как рвется любой твердый материал,когда напряжение превысит предел прочности.
В жидких дисперсных системах,особенно высоконаполненных твердой фазой, разрывы сплошности возникают при относительнонизком значении скорости сдвиговой деформации. Появление разрывов сплошностиисключает возможность построения для таких систем полной реологич. кривой течения(см. ниже), а также служит главным препятствием для получения однородных многокомпонентныхсистем, напр. при перемешивании.
Реология вязкоупругих полимероврассматривает также явления, связанные с релаксационными и фазовыми переходами,вызванными процессом деформирования. К явлениям этого типа относится описанныйвыше переход жидкости в твердообразное состояние при1.При очень больших скоростяхдеформирования может происходить стеклование полимера с последующим хрупкимразрушением. Деформирование концентрир. р-ров полимеров влияет на их кристаллизацию,изменяя как равновесную т-ру фазового перехода, так и его кинетику, а такжеструктуру (и, следовательно, св-ва) кристаллич. в-ва.
Пластичность. Различаютупругопластичные тела и вязко-пластичные среды. Упругопластичные тела деформируютсяв соответствии с законом Гука вплоть до достижения нек-рых критич. условий (пределатекучести); затем материал “течет” подобно вязкой жидкости, т.е.деформация линейно возрастает во времени (модель Сен-Венана). Для сложнонапряженногосостояния в качестве предела текучести принимают критич. значение максимальногокасательного напряжения (критерий Треска-Сен-Венана) или интенсивности касательныхнапряжений (критерий Мизе-са). Важнейшими материалами, реологич. поведение к-рыхописывается моделью упругопластич. тела, являются мн. конструкц. материалы,в т.ч. металлы при напряжениях, превышающих предел текучести. Пластич. деформацииупругих тел реализуются при нек-рых технол. операциях-штамповке, ковке, прокаткеметаллов.
Вязкопластичная среда-модельтела, к-рое вообще не деформируется до достижения нек-рого критич. напряжения-пределатекучести т0, а затем течет как вязкая жидкость. Такими св-вамиобладают, напр., консистентные смазки, краски и др. Простейшее РУС для такихсред при т > т0 выражается ф-лой Шведова-Бингама: т=т0+ +, где hБ-т.наз. бингамовская вязкость. В др. приближении РУС вязкопластичной среды имеетвид: = 0 прит т0.
Неньютоновские жидкости.Если в условиях установившегося сдвигового течения касательное напряжениет не пропорционально скорости деформирования,т.е. их отношение h =изменяетсяв зависимости от величины т или,то такую жидкость наз. неньютоновской, а отношение -эффективной(или кажущейся) вязкостью. Предложено неск. РУС для описания поведения неньютоновскихжидкостей. Во мн. случаях выполняется РУС вида:
где величины h0и h,h0-наибольшаяи наименьшая ньютоновские вязкости, d и m-эмпирич. постоянные.
При1h ! h0 = const; это-т. наз. область ньютоновскоготечения; при1жидкость обладает ньютоновскимисв-вами. РУС, включающее и h0, и h,, наз.полной реологич. кривой течения. Для расплавов полимеров, мн. коллоидных жидкостей(золей, микроэмульсий) в широком диапазоне скоростей сдвига выполняется законОст-вальда-ДеВилла:,такую неньютоновскую жидкостьназ. “степенной”. Для нее получены решения мн. гидродинамич. задач.
Неньютоновское поведениежидкостей может иметь разл. причины: в жидких дисперсных системах определяющуюроль играет ориентация частиц дисперсной фазы, изменение их формы и степениагрегации, в коллоидных жидкостях-постепенно углубляющееся с ростом напряженийразрушение (или изменение) внутр. структуры; в полимерах-эффекты мех. релаксации.В конкретных случаях может иметь место наложение разл. механизмов; напр., неньютоновскоеповедение наполненных полимеров связано как со структурными перестройками, таки с релаксац. явлениями.
Для мн. неньютоновскихжидкостей характерны такие явления, как тиксотропия – обратимое уменьшениевязкости (“разжижение”) жидкости или структурир системы во времени,и дилатансия-рост вязкости предельно наполненных дисперсных систем связкой дисперсионной средой. Частный случай неньютоновского поведения жидкости-изменениевязкости с течением времени из-за протекающих в среде хим. р-ций. Если р-цияидет в гомог. среде, изменение вязкости среды отражает изменение ее состава;при этом деформирование обычно не влияет на кинетич. закономерности р-ции. Однакодля гетерог. р-ций, напр. гетерог. полимеризации или отверждения олигомеров,деформирование (напр., сдвиговое течение в реакторе или воздействие ультразвуковымиколебаниями) влияет на кинетику р-ции.
Вязкость жидкостей можетзависеть от вибрационных (в т.ч. ультразвуковых), электрич., магн., световыхвоздействий; это относится как к р-рам и расплавам полимеров, так и к дисперснымсистемам.
Практическое применениереологич. исследований связано, во-первых, с возможностью сопоставлять разл.материалы по форме РУС и значениям входящих в них констант; во-вторых, с использованиемРУС для решения техн. задач механики сплошных сред. Первое направление используетсядля стандартизации техн. материалов, контроля и регулирования технол. процессовпрактически во всех областях совр. техники. В рамках второго направления рассматриваютприкладные гидродинамич. задачи-транспорт неньютоновских жидкостей по трубопроводам,течение полимеров, пищ. продуктов, строит. материалов в перерабатывающем оборудовании,движение буровых р-ров в пластах и т.д. Для концентрир. дисперсных систем кэтим задачам примыкает установление оптим. технол. режимов перемешивания, формованияизделий и т. п. Для твердых тел производят расчет напряженно-деформированногосостояния конструктивных элементов и изделий в целом для определения их прочности,разрывного удлинения и долговечности.
Практич. интерес представляеттакже использование специфич. реологич. эффектов. Так, малые полимерные добавкик воде и нефтепродуктам придают жидкости новые реологич. св-ва, благодаря чемурезко снижается гидравлич. сопротивление при турбулентном течении (эффект Томса).Этот эффект используют при перекачке нефтей по длинным трубопроводам. При переработкепластмасс применяют бесшнековые экструдеры, давление в к-рых развивается благодаряэффекту Вайсенберга. Добавление в смазочные масла полимерных модификаторов придаетим вязкоупру-гие св-ва; в результате при сдвиге возникают нормальные напряженияи повышается несущая способность опор трения.
Реология полимеров. Всеполимерные материалы в той или иной степени обладают как упругими, так и диссипативны-мисв-вами, вследствие чего они являются вязкоупругими телами или упруговязкимисредами. Реологич. характеристики конкретного полимера зависят от строения егомакромолекул, молекулярно-массовогораспределения, состава композиции в случае сложных полимерных систем, причеминогда чувствительность реологич. методов изучения молекулярной и надмолекулярнойструктур оказывается гораздо выше, чем традиц. методов оценки мол. параметров.Это выделяет реологию полимеров в один из важных разделов физ.-хим. исследований.
Установлены эмпирич. зависимостимежду характеристич. вязкостью [h] предельно разб. р-ров и мол. массойМ: [h] = КМа, где К и a-эмпирич. постоянные(ф-ла Марка-Куна-Хувинка). По мере увеличения жесткости цепи а возрастаетот 0,5 до 1,7. Для концентрир. р-ров и расплавов вязкость h также связанас М степенной ф-лой: h = K’Мa, причемa обычно равна 3,5, а эмпирич. постоянная К’ изменяется с т-рой(подробнее см. Молекулярная масса полимера, Растворы полимеров).
Возникающие при деформированииполимеров нормальные напряжения (как эффект второго порядка) пропорциональныМ2a. Важное практич. значение имеют температурные и концентрационныезависимости вязкости р-ров полимеров. Релаксац. св-ва р-ров полимеров в сильнойстепени зависят от т-ры, поскольку движения тех или иных элементов полимернойцепи проявляются (возникают, фиксируются) в определенном диапазоне т-р. Результатыизмерений температурных зависимостей времен релаксации или связанных с нимимех. характеристик позволяют судить о природе мол. движений (метод релаксац.спектроскопии). Как правило, существует неск. групп времен релаксации, внутрикаждой из к-рых температурные зависимости времен релаксации одинаковы. Поэтомувязкоупругие характеристики в широком температурном диапазоне оказываются подобнымипо форме, но сдвинутыми по временной (или частотной) оси, так что они м.б. обобщеныв единую температур-но-инвариантную характеристику вязкоупругого поведения материала.Этот вывод наз. принципом температурно-временной или температурно-частотнойсуперпозиции.
Реология эластомеров и твердыхполимерных материалов основывается на выражении для упругой энергии W,накапливаемой материалом при его деформировании, к-рая выражается черезинварианты тензора деформации. Исходя из выражения для W находят зависимостьнапряжения s от деформации e (или степени растяжения к) для любыхгеом. схем нагружения. Если предполагается чисто энтропийный механизм высокоэластичности(см. Высокоэластическое состояние), зависимость s(к)для одноосного растяжения имеет вид:
где G- модуль высокоэластичности(при сдвиге).
В реологии резин часто используютт. наз. двучленную (двух-константную) ф-лу, к-рая для одноосного растяжениявключает эмпирич. постоянные С1 и С2:
Для наполненных эластомеровпроявляются реологич. эффекты, обусловленные внутр. структурой наполнителя.Так же, как и для текучих сред, в резинах наблюдаются тиксо-тропные явления,состоящие в том, что при повторных нагружениях деформац. кривые меняются и постепенновосстанавливаются исходные св-ва материала при отдыхе (эффект Маллинза). Припериодич. деформациях нелинейность мех. поведения (зависимость модуля упругостиот амплитуды деформации) возникает при крайне малых деформациях подобно тому,как это имеет место, напр., в дисперсных системах с низкомол. дисперсионнойсредой. Так же, как и для р-ров линейных полимеров, высокоскоростное деформированиерезины может приводигь к мех. стеклованию, а растяжение до высоких значенийспособствует кристаллизации.
Задача реологии жестких полимерныхматериалов (пластмасс, армир. пластиков)-установление вида релаксац. спектрадля линейной области мех. поведения и обобщение этого спектра на нелинейнуюобласть. Как правило, рассматривают небольшие (в геом. смысле) деформации иодновременно с проблемами собственно реологии (ползучестью, релаксацией) изучают условияразрушения материала. Предложено неск. РУС для конкретных материалов, позволяющеерешать разл. прикладные задачи, связанные с их деформированием в условиях длит.нагружения, когда непосредственно проявляются релаксац. св-ва среды.
При деформировании жесткихматериалов, помимо ползучести, релаксации и нелинейных явлений, характерныхдля любых др. сред, наблюдается удлинение образца при сдвиговых деформациях(напр., при кручении проволок). Это-проявление геом. нелинейности, аналогичноеэффекту Вай-сенберга в упругих жидкостях. При повторных деформациях кристаллич.полимеров часто имеет место невоспрризводи-мость реологич. кривых, связаннаяс разрушением кристаллич. структуры,-эффект, аналогичный тиксотропии наполненныхэластомеров и текучих дисперсных систем. Наконец, при растяжении твердых пластмассв нек-ром диапазоне т-р (ниже т-ры стеклования, но выше т-ры хрупкости) по достиженииопределенной критич. деформации наступает резкое изменение механизма деформирования-ступенчатоесужение исходного образца с формированием однородной “шейки” (явлениевынужденной высокоэластич-ности), к-рое можно трактовать как потерю устойчивостипроцесса деформирования, вызванную релаксац. переходом или изменением кристаллич.структуры.
Микрореология (или структурнаяреология) устанавливает на основе статистич. физики связь между структурнымипараметрами и физ. св-вами составляющих тело элементов, с одной стороны, и егореологич. св-вами как континуума (сплошной среды), с другой. Фундам. результатв этой области-ф-ла Эйнштейна, связывающая вязкость h жидкой дисперснойсистемы с содержанием f сферич. частиц дисперсной фазы: h = hS(1+ 2,5f), справедливая при fI(hS-вязкость дисперсионной среды). Впоследствии былиполучены обобщения этой ф-лы, учитывающие возможность гидродинамич. взаимодействиячастиц дисперсной фазы, межмол. взаимодействия (поверхностные силы), несферичностьтвердых частиц, замену твердых частиц каплями жидкости.
Существует два осн. типамоделей структуры дисперсной системы. В первом случае предполагается, что всистеме существует непрерывная сетка межчастичных связей, к-рую можно рассматриватькак квазикристаллич. решетку. Часть узлов решетки свободна (“вакансии”).Возможность течения системы обусловлена перемещением этих вакансий под действиемсдвигового напряжения. Во второй модели рассматриваются группы частиц, двигающиесякак единое целое (агрегаты или блоки). Текучесть системы зависит от размераагрегатов, к-рый, в свою очередь, определяется скоростью деформации. Эта модельсоответствует случаю более глубокого разрушения структуры при деформировании.Если структура имеет неоднородности, что характерно для высококонцентрир. систем,при деформировании может образоваться разрыв сплошности, т.е. появляется зоналокализации сдвига с пониж. концентрацией дисперсной фазы. Рассматривая этоявление по аналогии с образованием трещины в кристалле и используя критерийГриффитса для роста трещины (см. Прочность), можно считать, чтообразование разрыва сплошности произойдет при, где l-характерный размер неоднородности, а и F-соотв.размер частиц и сила связи между ними, обусловленная межмол. притяжением.
Как и для вязкоупругихжидкостей, мерой перестройки структуры дисперсных систем является отношениехарактерных времен структурных изменений d и деформирования. Напр., для высокодисперсных суспензий величина d определяется броуновскимдвижением частиц (d ~ hSa3/kT)имежчастичным взаимод. (d ~ hSa2/F)(k-постоянная Больцмана).Из этих двух причин большую роль, как правило, играет та, к-рой соответствуетменьшая величина
Оценка параметров h0,т, h, в РУС для неньютоновских жидкостей в применениик структурир. дисперсным системам требует дополнит. предположений о характереструктуры. В частности, для систем, в к-рых структурообразование сводитсяк образованию сферич. агрегатов, разрушаемых из-за гидродинамич. потока (рольброуновского движения мала),
где h,-вязкость полностью разрушенной структуры. Эта величина м.б. оценена по ф-леЭйнштейна, обобщенной на случай умеренных или высоких значений f: h,= hSf(f), где f(f)-ф-ция, равная 1 приf = 0 и равная , при f = fm, соответствующемплотной упаковке частиц.
Микрореология полимеровоснована на мол.-кине-тич. моделях, представляющих полимер набором последовательносоединенных друг с другом максвелловских тел, диспергированных в вязкой иливязкоупругой среде (модели Каргина-Слонимского-Рауза и др.). Эти модели позволилиобъяснить и предсказать форму релаксац. спектра полимера, оценить влияние длиныцепи и содержания полимера в р-ре на времена релаксации. Согласно т. наз. скейлинговойконцепции, в первом приближении все длинноцепочечные полимеры проявляют подобныесв-ва при надлежащем выборе масштаба сравнения, а определяющую роль в проявленииреологич. св-в полимерных систем играет только длина цепи, но не ее хим. строение.Этот подход позволил получить выражения, описывающие с точностью до численныхкоэффициентов реологич. св-ва полимерных материалов с помощью степенных ф-ций,подобных вышеприведенной зависимости h от М.
Микрореология и теорияскейлинга (подобия) позволяют обосновать и объяснить физ. смысл параметров вРУС.
Виброреология – областьреологии, изучающая влияние вибрации на течение дисперсных систем. Вибрация в сочетаниис добавками ПАВ является универсальным средством управления реологич. св-вамидисперсий. Для суспензий и порошков с частицами размером более 1 мкм вибрацияиграет ту же роль, что и броуновское движение для систем с меньшими частицами,т.е. приводит к разрушению структуры, в результате чего повышается текучестьсистемы. Вибрация, кроме того, обеспечивает однородность системы, препят-ствуявозникновению разрывов сплошности. При вибрац. воздействии эффективная вязкостьсуспензий уменьшается, причем особенно существенно (на неск. порядков) вязкостьуменьшается при малых ,что связано с разрушением структуры суспензии.
Порошки, в отличие от суспензий,не обладают текучестью и при деформировании ведут себя как твердые тела. Вибрац.воздействие, сопровождаемое обычно пропусканием газа через слой порошка, переводитпорошок в состояние виброожижения. В этом состоянии порошок приобретает текучестьи его можно рассматривать как жидкость или плотный газ, в к-ром роль молекулиграют частицы дисперсной фазы, а эффективная т-ра определяется параметрамивоздействия. Суспензии и порошки в состоянии виброожижения имеют ряд общих св-в,т. к. их текучесть определяется происходящими в них процессами образования иразрушения структуры. Предполагая, что частицы суспензии или порошка объединяютсяв сферич. агрегаты, можно оценить эффективную вязкость этих систем, если вместоподставить эффективнуювибрац. скорость деформирования. Однако понятие вязкости полностью разрушенной структуры h,имеет разный смысл для суспензий и порошков. В случае суспензий h,связана с диссипацией энергии при течении среды в пространстве между частицамии определяется по обобщенной ф-ле Эйнштейна. В случае порошков h,обусловлена переносом импульса частицами при столкновениях. Используя методытеории плотных газов, можно рассчитать h, по ф-ле:
где m-масса частиц,E-кинетич. энергия хаотич. движения, сообщаемая частицам при вибрации,g- ускорение свободного падения, H-высота слоя порошка цри плотнойупаковке. Эта ф-ла применима при EтgН.В противном случае происходит переход к виброкипению, сопровождаемый ростомh,.
Разрушение структуры дисперснойсистемы при вибрации и связанное с этим уменьшение вязкости можно интерпретироватькак “плавление”, воспользовавшись представлениями о квазикристаллич.характере структуры. Такое “плавление” является следствием сообщенияисточником вибрации кинетич. энергии E частицам. Одновременно врезультате добавления в систему ПАВ уменьшается потенц. энергия U межчастичныхсвязей. Вязкость h виброожижен-ной системы зависит от параметра E/U,причем
h!Ае(U/E),
где А-величина,слабо зависящая от U/E. Отсюда следует, что существует два способа снизитьвязкость дисперсной системы: увеличить E вибрацией или снизить Uдобавлением ПАВ, Разрушение структуры происходит при UE.При этом кроме повышения текучести обеспечивается “залечивание””разрывов сплошности. Вибрац. воздействие в сочетании с добавками ПАВпозволяет снизить вязкость дисперсной системы до величин, близких к h,,что не всегда возможно при сдвиговой деформации с постоянной.Методы структурной реологии и виброреологии концентрир. дисперсных систем эффективноиспользуются в процессах переработки дисперсных систем и получения дисперсныхматериалов, в технологии бетона, процессах трубопроводного гидротранспорта высококонцентрир.масло- и водоугольных суспензий, технологии получения абразивных материаловна керамич. связующем, а также многокомпонентных порошкообразных материалов,в пищ. пром-сти. Технол. процессы ускоряются в десятки и сотни раз в результатеуменьшения вязкости (роста текучести) систем; при этом значительно повышаетсяоднородность структуры и соотв. качество (прочность и долговечность) дисперсныхкомпозиц. материалов.
Электро- и магнитореология-областиреологии, изучающие влияние электрич. и магнитных полей на течение жидких дисперсныхсистем. Возможность регулирования реологич. св-в дисперсных систем воздействиемна них электрич. поля была установлена на примере пластичных смазок. Электро-и магнитореологич. эффекты проявляются в усилении эффекта неньютоновского течения,роста предела текучести при сдвиге и модуля упругости, что обусловлено усилениемструктурообразования в системах с преим. неводной дисперсионной средой и частицамидисперсной фазы, обладающими диэлектрич. и ферромагнитными св-вами. Разработаныспец. составы электрореологич. суспензий, весьма чувствительных к воздействиюэлектрич. полей. В качестве дисперсионных сред обычно используют маловязкиеуглеводородные жидкости с высоким уд. электрич. сопротивлением (до 1020ОмYм) и диэлектрич. проницаемостью от 2 до 5 (парафиновые и ароматич.углеводороды, р-ры полимеров, силиконовые жидкости и т. д.). В качестве дисперснойфазы используют в-ва, проявляющие склонность к структурированию в электрич.поле: титанаты Ва, Са, Mg, Zn, сополимеры стирола, глутаминовую к-ту, виннокислыйкалий. Перспективно применение высокодисперсных адсорбентов, напр. диатомитов,аэросила, с адсорбированными на их пов-сти в-вами, способными образовывать садсорбентами водородные связи (спирты, высшие жирные к-ты, амины). Для снижениявязкости, повышения агрегативной и седи-ментац. устойчивости в состав электрореологич.суспензий включают глицерин, олеаты и стеараты сорбита и др. Электрореологич.суспензии применяют в качестве рабочей жидкости гидравлич. систем, в виде тонкихпленок в тормозных и др. устройствах, в т.ч. в коробках передач, генераторахкрутильных колебаний и т. п.
Магнитореологич. феррожидкостимогут содержать частицы коллоидных размеров или быть грубодисперсными суспензиями,в к-рых твердая фаза-частица карбонильного железа, электролитич. или карбонильногоникеля в различных, преим. орг., средах. Коллоидные феррожидкости характеризуютсяплавным переходом в область нелинейной вязкоупругости (магнитомягкие жидкости),суспензии обнаруживают под действием магн. поля резкое увеличение вязкости,предельного напряжения сдвига, модуля упругости (магнитожесткие жидкости).
Магнитореологич. св-важидкостей используют в разл. преобразователях и исполнит. механизмах, дросселях,насосах-дозаторах, амортизаторах и т.п. Это позволяет отказаться от сложныхподвижных мех. устройств, уменьшить габариты и увеличить надежность аппаратов.
Лит.: Реология суспензий,пер. с англ., М., 1975; Виноградов Г. В., Малкин А. Я., Реология полимеров,М., 1980; Урьев Н.Б., Высококонцентрн-рованные дисперсные системы, М., 1980;Левтов В. А., Регирер С. А., Шадрина И.Х., Реология крови, М., 1982; ЩульманЗ.П., Кордонский В.И., Магнитореологический эффект, Минск, 1982; Шкурина К.П., Фалалеев Г. Н., Вазетдинола Ф. 3., Реологические свойства горных пород ипрогнозирование устойчивости подготовительных выработок, Fr., 1984;Малкин А.Я., Кули-чихин С. Г.. Реология в процессах образования и превращенияполимеров, М., 1985; Вострокнутов Е. Г., Виноградов Г. В., Реологические основыпереработки эластомеров, М., 1988; Урьев Н.Б., Физико-химические основы технологиидисперсных систем и материалов, М., 1988.
А. Я. Малкин, H.Б. Урьев.
ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ > https://resant.ru/
Телефон: 8(495)744-67-74
Оказываем услуги по монтажу систем отопления, водоснабжения для частных загородных домов, дач, организаций. Осуществляем поставку оборудования для проведения работ со скидками.
Монтаж, проектирование, сервисное обслуживание ремонт. Отопление по типу: автономное, водяное, частное, дровяное, индивидуальное, газовое, естественное.
> Автономное водоснабжение < от колодца и скважины. Установка системы водоснабжения как для постоянного, так и временного проживания и пользования домом. Осуществляем обслуживание систем водоснабжения: замена насоса, замена ремонт гидроаккумулятора, натройку автоматики управления насосом.
Для частного дома и промышленного предприятия. Проведем установку котла, рапределительных модулей контуров отопления, установим элементы автоматизации для контроля температурой.
Все работы выполняем под ключ. +7(495)744-67-74 ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ
В разделе Акции и скидки на нашем сайте https://resant.ru/ на странице https://resant.ru/aktsiya-skidki-otoplenie-vodosnabzhenie.html можно всегда найти выгодное предложение по отоплению и водоснабжению
Тел.: 8(495) 203-67-74
Тел.: 8(495) 205-67-74
+7(495)744-67-74
direktor@resant.ru
ekspertostroj
Если вам срочно потребовалась судебная экспертиза, мы рекомендуем обратиться…
Подробнее »Часто причиной является истощение водоносного слоя из-за слишком сухой…
Подробнее »