流變學

流變學 （ rheology ） 研究的是在外力作用下 ， 物體的變形和流動 ， 研究對象主要是流體 ， 還有軟固體或者在某些條件下固體可以流動而不是彈性形變 。 它適用於具有複雜結構的物質 ， 包括泥漿 、 污泥 、 懸浮液 、 聚合物 、 食品 、 體液和其他生物材料 。 這些物質的流動在固定溫度下不能用單一粘度值來表徵 — — 存在其他一些因素影響粘度的改變 。 例如 ， 搖動番茄醬可以減小它的粘度 ， 但是水卻不行 。 自從艾薩克 · 牛頓提出粘度的概念 ， 粘度可變的液體研究也被稱作非牛頓流體力學 。 “ 流變學 ” 一詞由拉法耶特學院的尤金 · 賓漢教授根據他的同事馬爾克斯 · 雷納建議於1920年首創 。 這個詞從誤傳爲赫拉克利特的名言 " Panta Rei " ， 即 “ 一切可流 ” （ 實際上來自辛普里丘著作 ） 。 儘管通過實驗表徵材料的流變行爲稱爲流變技術 ， “ 流變學 ” 一詞還是經常被用作流變技術的同義詞 ， 特別是實驗家們 。 流變學的理論方面與材料的流動 ／ 形變行爲和其內部結構有關 （ 比如 ， 聚合物分子的朝向和伸長 ） ， 並且流動 / 形變不能夠用經典流體力學或者彈性理論來表述 。 爲了研究力引起的變形 ， 流變學有實驗與理論模擬兩個互相促進的途徑 。 試驗方面採用多種流變儀 ， 比如毛細管流變儀來測量在不同剪切應力作用下 ， 流體粘度 、 流速等的變化 ， 再進行分析 ， 從中得出該物質的模量 、 分子量等重要性質 。 醫學檢查上常用的血流變測定也是此原理 。 也可以通過流變儀模擬流體在注射等成型過程中所受的應力和流體的變形 ， 使得流變學成爲研究高分子加工過程所必需的內容 。 理論模擬是通過實驗數據提出符合此類物質的物理背景 ， 將其與普適的數學模型相結合 。 目標是可以通過數學計算描述流體運動 。 其物理背景較爲複雜 ， 對於純彈性物體 ， 可以用虎克定律來描述 ， 即應力與應變成正比 。 對於牛頓流體 ， 可以用應力 ＝ 粘度 × 應變速率來描述 。 但是現實中的固體存在不符合胡克定律的塑性變形 ， 液體也全是非牛頓流體 。 特別對於高分子 ， 具有粘彈性性質 ， 情況複雜 。 其數學模型主要藉助於連續介質力學 。 目前對於一般流體的簡單流動 ， 理論模擬效果較好 ， 但是對於複雜流道 ， 由於存在很多複雜的邊界效應 ， 目前的計算能力還無法給出比較好的結果 ， 這也成爲近來流變學研究的重要方向 。