非牛頓流體

在自然界中的食品，不符合牛頓流體定律的流體占大多數(shù)。大量的食品，包括濃果汁、果醬、全雞蛋、菜泥、濃牛奶以及巧克力漿等固液懸浮體都是非牛頓流體，下面的經(jīng)驗(yàn)公式往往用來(lái)表示這些流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系：

τ=k(γ)n(1

n為流態(tài)特性指數(shù)，k為稠度系數(shù)。若為牛頓流體公式，則n=1，此時(shí)k為粘度。上式中，設(shè)ηa=k（γ）n-1，則與牛頓流體相似的非牛頓流體的狀態(tài)方程可寫(xiě)為：

τ=ηaγ（2）

此式可以得到：η與ηa表示同樣物理特性，有相同的量綱，即ηa為表觀粘度(apparentviscosity)。表觀粘度ηa是流體內(nèi)部阻力的總和。然而與η不同的是，ηa是γ的函數(shù)，與k和n有關(guān)。換句話說(shuō)ηa是指非牛頓流體在某一流速的粘度。

對(duì)于很多非牛頓流體，Τ只有在大于一定值Τ0時(shí)（也就是說(shuō)，流體在獲得能量克服一個(gè)屈服應(yīng)力值以后），流動(dòng)才能發(fā)生。Bulkey與Hershel提出的表示公式如下：

Τ=Τ0 k(γ)n（3）

Τ0表示屈服應(yīng)力(yieldstress)。由于公式中的Τ0和n范圍不同，將非牛頓流動(dòng)分為以下五類 ：

膠變性流體假塑性流動(dòng)

當(dāng)粘度隨著剪切速率或剪切應(yīng)力的增大而減少，對(duì)應(yīng)于公式（1）中的0膠變性流體脹塑性流動(dòng)

粘度隨著剪切速率的增大而增大的流動(dòng)，也稱為剪切增稠流動(dòng)(shear thickening flow)。在公式τ=k(γ)n(1 膠變性流體塑性流動(dòng)

液體只有在應(yīng)力超過(guò)τ0時(shí)才開(kāi)始流動(dòng)。塑性流動(dòng)的流動(dòng)特性曲線不通過(guò)原點(diǎn)。賓漢流動(dòng)(Binghamflow)是指當(dāng)應(yīng)力超過(guò)τ0時(shí)，流動(dòng)特性符合牛頓流體規(guī)律的流動(dòng)。而非賓漢流動(dòng)是指不符合牛頓流動(dòng)規(guī)律流動(dòng)。把具有這兩種流動(dòng)特性的液體分別稱為賓漢流體或非賓漢流體。食品中的濃縮肉汁就是一種典型的賓漢流體?？ㄋ稍谘芯苛擞推崃鲃?dòng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與剪切速率的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)剪切應(yīng)力和剪切速率有如下關(guān)系：

σ1/2=σ01/2 ηaε1/2

一部分非賓漢流體液態(tài)食品的流動(dòng)規(guī)律符合卡松公式，如番茄醬、巧克力等。

膠變性流體觸變性流動(dòng)

觸變性是指在振動(dòng)、攪拌、搖動(dòng)時(shí)，液體的流動(dòng)性增加，粘性減少，靜置后，過(guò)段時(shí)間發(fā)現(xiàn)流動(dòng)又變困難的現(xiàn)象。也叫搖溶性流動(dòng)。例如，番茄調(diào)味醬、蛋黃醬等，在容器中放置時(shí)間一長(zhǎng)，傾倒時(shí)，就變得很難流動(dòng)。但只要將容器猛烈搖動(dòng)，或用力攪拌一會(huì)，它們就變得很容易流動(dòng)。再長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)，它們又會(huì)變得流動(dòng)困難。觸變性流動(dòng)的發(fā)生是由于粒子之間形成的結(jié)合構(gòu)造，隨著剪切應(yīng)力的增加而受到破壞，導(dǎo)致的粘性減少。但這些粒子間結(jié)合構(gòu)造在停止應(yīng)力作用時(shí)，恢復(fù)需要一段時(shí)間，逐漸形成。因此，剪切速率減慢時(shí)的曲線在前次增加時(shí)的曲線的下方，形成了與流動(dòng)時(shí)間有關(guān)的滯變回環(huán)。材料的構(gòu)造破壞的越大，體現(xiàn)為滯變回路包圍面積越大。觸變性對(duì)口感的影響體現(xiàn)為爽口柔和的感覺(jué)。

膠變性流體膠變性流動(dòng)

液體隨著流動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，與觸變性流動(dòng)相反，變得越來(lái)越粘稠的現(xiàn)象。膠變性流動(dòng)的食品給人以粘稠的口感。當(dāng)流速加大時(shí)，達(dá)到最大值后，再減低流速，減低流速時(shí)的流動(dòng)曲線反而在加大流速曲線的上方。這種現(xiàn)象也被稱為逆觸變現(xiàn)象。這是因?yàn)榱鲃?dòng)促進(jìn)了液體粒子間構(gòu)造的形成。

膠變性流體膠變性流體

膠變性流體是時(shí)間相關(guān)性流體，也可被當(dāng)作觸變型流體，但二者還是有明顯的不同點(diǎn),就是膠變流體靜止時(shí)不會(huì)重建它的結(jié)構(gòu)。由膠變性流體的流動(dòng)特性曲線可見(jiàn),隨著剪切速率的增大(上行線)和減小(下行線)這樣一個(gè)循環(huán)，形成了一個(gè)滯回環(huán)，表明了流體的粘度會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生改變，并且剪切速率減慢時(shí)的曲線在剪切速率增加時(shí)的曲線的上方，這些現(xiàn)象表明流體是一種膠變性流體 。

膠變性流體膠變性流體的性質(zhì)

1.流體在攪拌過(guò)程中其表觀粘度逐漸變大;

2.在時(shí)間為零時(shí)剪切力最小，隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸延長(zhǎng)而逐增加，并穩(wěn)定在某一定值;

3.剪切速率愈大(即攪拌俞劇烈)，剪切力變化愈大;

4.一旦在某個(gè)時(shí)間停止攪拌，剪切應(yīng)力就又到攪拌開(kāi)始時(shí)的初始值。2100433B

數(shù)值上為熔體的剪切應(yīng)力與剪切速率之比，單位為Pa·s。對(duì)于牛頓流體，其粘度為常數(shù)，稱為牛頓粘度。對(duì)于非牛頓流體，粘度隨剪切速率而變化，所得粘度稱為在相應(yīng)剪切速率下的表觀剪切粘度。

觸變性流體是一種典型的非牛頓流體，但國(guó)內(nèi)外關(guān)于其流動(dòng)行為的研究遠(yuǎn)不如其它非牛頓流體。其原因主要是實(shí)際中具有較強(qiáng)觸變性的液體較少，然而我國(guó)原油具有顯著的觸變性。因此，開(kāi)展觸變性流體流動(dòng)行為的研究在我國(guó)具有重要的實(shí)際意義。泊肖葉流動(dòng)是管道輸送原油的主要方式之一，而多孔介質(zhì)中滲流的研究有助于對(duì)原油開(kāi)采的分析。研究結(jié)果為我國(guó)原油的開(kāi)采和輸送提供了理論依據(jù)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)含蠟原油的觸變性做了大量研究，建立了描述觸變性的模型，其中最常用的則是用指數(shù)方程來(lái)描述含蠟原油的觸變性。這些模型大多是依據(jù)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定的流變參數(shù)而建立的。膠凝原油在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)中屬于剪切流，而在管道內(nèi)屬于拖動(dòng)流，兩者的流動(dòng)邊界條件不同，對(duì)介質(zhì)的剪切方式也不同，從而引起其測(cè)試數(shù)據(jù)的差異。