石灰石粉对水泥-粉煤灰浆体剪切变稀和剪切增稠的影响

采用Rheolab QC型旋转黏度计测试了粉煤灰、石灰石粉掺量(占水泥的质量分数)不同的水泥浆体流变曲线,并采用Herschel-Bulkey(H-B)模型对所测数据进行了拟合处理.结果表明:随剪切速率的增大,所测浆体流变曲线可分为剪切变稀和剪切增稠两个阶段,纯水泥浆体在较大剪切速率下的流变行为仍表现为剪切变稀;粉煤灰和石灰石粉的掺入不仅降低了水泥浆体的临界剪切应力和临界剪切速率,使浆体容易出现剪切增稠,而且降低了浆体各阶段的流变指数,增大了浆体在剪切变稀阶段剪切变稀的程度,降低了浆体在剪切增稠阶段剪切增稠的程度;增大浆体中石灰石粉掺量及其比表面积,则浆体在剪切变稀阶段的流变指数增大,剪切变稀程度降低,且当石灰石粉掺量由0%增大到15%时,浆体在剪切变稀阶段的流变指数显著增大.

基于宾汉姆体的高浓度尾砂浆剪切变稀规律研究

高浓度尾砂浆的活化搅拌一直是矿山充填技术研究的重要方向,采用高速搅拌活化充填料浆是破坏充填料浆"团块"的有效办法,能够明显改善充填料浆的流变特性,提高其可输送性。高速搅拌过程的实质是对充填料浆进行快速剪切,不同的搅拌能对应不同的剪切速率,料浆的物化性质也相应地存在差异。为研究这种差异的规律并寻找高浓度尾砂浆的最佳活化能,针对某铜矿充填用尾砂,配制了浓度为70%的尾砂浆,采用新诺AM300S-H实验室搅拌机对尾矿浆开展了多种转速的搅拌实验,并采用Broofield R/SCCT型流变仪分别测试其流变参数,通过Bingham模型分析了剪切变稀特性。研究结果表明:高浓度尾矿浆的黏度(η_b)和屈服应力(τ_0)随搅拌速率(n)的增加而减小,表现出明显的剪切变稀特性,当转速达到400 r/min之后,尾砂浆的屈服应力不再明显减小,有趋于稳定的特性;在转速为120~1 000 r/min的范围内,其黏度与剪切转速之间的关系可用η_b=0.3n^(-0.1)表示。

剪切变稀体系同心双轴搅拌釜内的气液分散模拟

气液搅拌设备因其良好的适用性被广泛应用于过程工业中。为更好地比较不同工况下剪切变稀体系中的气液分散情况,通过实验研究整体气含率和相对功耗确定适宜的转动模式,进而模拟研究表观气速、体系黏度、搅拌转速对气含率和气泡尺寸的影响。结果表明,相同功率下内外双桨反向旋转模式在理想气液分散条件下,相较于单轴内桨和内外双桨同向旋转模式具有更高的气含率和更好的气体泵送能力;表观气速的增加有利于气泡的均匀分散,但气泡尺寸也会随之增大;有效黏度的增加使得搅拌桨的影响区域变小,不利于气泡的均匀分散,气泡尺寸也随之增大;搅拌转速的增加使得循环涡流的影响区域变大,高气含率区不断扩大。

熔体剪切变稀特性对聚合物水辅共注射成型过程的影响

通过建立的全三维非稳态非等温水辅共注射成型过程有限元数值模拟算法与技术,系统研究了芯层熔体剪切变稀特性对水辅共注射成型中水与芯层熔体的穿透过程和前沿界面运动稳定性的影响规律,并揭示了其机理。结果表明,随着芯层熔体剪切变稀特性增加,水辅共注射成型水和芯层穿的透深度增大,这有利于细长制品的水辅共注射成型。然而芯层熔体剪切变稀特性的增加会使水与芯层熔体前沿移动界面流动趋于不稳定,严重影响制品内表面成型品质。

剪切变稀自由表面流动问题的不可压SPH模拟

为解决传统弱可压光滑粒子动力学(SPH)方法中,密度的微小变化能引起压力的非物理振荡,发展了一种新的不可压SPH方法,并将其推广到剪切变稀自由表面流动问题的数值模拟中。该方法采用压力Poisson方程求解流体压力,流体控制方程则通过分数步长法进行求解。首先,利用不可压SPH方法模拟了牛顿液滴在水平固壁上的铺展现象,并通过与文献结果的比较,验证了不可压SPH方法模拟自由表面流的有效性;随后,对牛顿液滴和剪切变稀液滴在倾斜固壁上的铺展现象进行了不可压SPH模拟,并讨论了两种液滴铺展现象的不同流动特征。数值结果表明,不可压SPH方法不仅能够有效克服弱可压SPH方法所产生的压力振荡问题,并且能够成功推广到剪切变稀自由表面流的数值模拟中。

自密实混凝土剪切变稠和剪切变稀行为研究进展

以工作性能著称的自密实混凝土在生产和施工过程中表现出剪切变稠和剪切变稀现象。鉴于剪切变稠和剪切变稀行为对自密实混凝土施工过程和施工质量的显著影响,总结了自密实混凝土剪切变稠和剪切变稀行为的研究历程,阐述了自密实混凝土剪切变稠和剪切变稀的产生机制,比较了自密实混凝土剪切变稠和剪切变稀的表征方法,分析了自密实混凝土剪切变稠和剪切变稀行为的影响因素,探讨了自密实混凝土剪切变稠和剪切变稀行为的研究前景。

剪切变稀流体中的单气泡生成行为

为了探究剪切变稀流体的流变性对气泡生成的影响,采用高速摄像仪对单气泡在剪切变稀流体[羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液]及牛顿流体(甘油水溶液)中的气泡生成过程进行研究,考察了剪切变稀流体的流变性对气泡在生成过程中的体积及形状的影响。结果表明:气泡生成体积及生成时间随流体黏度的增大而增大,在气泡颈形成之前的阶段,气泡体积增长速度随流体黏度的增大而减小,在气泡颈形成之后,气泡体积增长速度则随流体黏度的增大而增大,不同流体中气泡的长径比随着生成过程的进行均呈增大趋势,但在生成初期,长径比的增长速度随剪切变稀性的增大而减小,在生成后期,气泡长径比的增长速度则随剪切变稀性的增大而增大。

剪切变稀作用对聚驱试井分析影响的数值研究

考虑聚合物驱中剪切、吸附、不可及孔隙体积等物化现象影响,建立了耦合井储与地层渗流的两相四组分的聚合物驱模型。基于PEBI网格、采用有限体积法进行离散并用全隐式方法进行求解,形成了聚合物驱数值试井模型;研究了剪切变稀作用对聚驱井底瞬态压力响应的影响,发现由于聚合物溶液剪切变稀特性和关井后井周围水相速度的急剧降低,压力导数曲线在井储段结束后会出现明显的抖动。地层渗透率的变化会导致导数曲线抖动的位置发生明显变化但对抖动的幅度影响很小。基于以上结论给出了考虑剪切变稀作用的聚驱数值试井拟合方法。通过对油田现场压力测试数据的拟合验证了上述规律的正确性并表明该规律对合理解释现场压力测试资料,正确反演地层参数有很大指导意义。

考虑剪切变稀和吸附滞留的聚合物驱相对渗透率研究

通过Blake-Kozeny方程推导了聚、油两相渗流时聚合物有效粘度计算公式,并通过兰格缪尔方程引入了相对渗透率下降因子。将有效粘度及渗透率下降因子代入广义达西公式获得了考虑剪切变稀和吸附滞留的稳态法聚合物驱相对渗透率计算公式。室内通过物理实验对比了新方法与传统稳态法聚合物驱相渗曲线区别,以及水驱和聚合物驱相渗曲线的区别。研究结果表明:与传统稳态法相比,受不可及体积和吸附滞留的影响,新方法计算的油相和聚合物相相对渗透率值均较低,其中油相相对渗透率主要受吸附滞留的影响,较传统稳态法下降了12%,聚合物相相对渗透率受不可及体积和吸附滞留的共同影响,较传统稳态法下降了44%。由于新方法不仅考虑了聚合物剪切变稀的非牛顿流体特性,还考虑了聚合物不可及体积和吸附滞留引起的渗透率下降,结果更为准确可靠。

低雷诺数下表面活性剂对剪切变稀流体中气泡流动特性的影响

研究了低雷诺数下(Re<50)表面活性剂对剪切变稀流体中气泡流动特性的影响。为便于比较,利用高速摄像机采集图片并处理得到了气泡在未添加以及添加表面活性剂的羧甲基纤维素钠(CMC)溶液中的终端速度和曳力系数。结果表明,当气泡体积较小时(0.25wt%CMC:<100 mm^3;0.50wt%CMC:<110 mm^3),由于表面活性剂导致气泡表面的刚化,其终端速度显著的降低。但随着气泡体积的增大,表面活性剂的影响逐渐减小,进而消失。由曳力系数曲线可知,当Re<10时,含有表面活性剂的CMC溶液中的气泡曳力系数曲线与固体小球相似,当10<Re<40时,曳力系数曲线开始由24/Re向16/Re转变,且CMC溶液浓度越高,表面活性剂浓度越低,转变越容易。

剪切变稀水凝胶应用于内镜下胃黏膜下注射及剥离术的实验研究

目的目前临床上使用的黏膜下注射剂品种繁多但各有优劣,使用何种黏膜下注射剂效果更佳仍待探索。文章旨在研究一种新型可注射剪切变稀水凝胶,并评估其用于内镜胃部黏膜下注射和辅助电刀剥离的可行性、有效性,为临床应用提供实验依据。方法通过将不同体积的laponite粉末加入0.2%海藻酸钠水溶液中合成不同浓度的水凝胶,观察其可注射性及流变性能。对新鲜离体猪胃(离体时间<12 h)进行黏膜下注射,观察对比注射2 mL不同浓度水凝胶、等渗盐水和0.4%透明质酸钠的黏膜隆起高度和随时间变化情况;新鲜离体猪胃,用等渗盐水、0.4%透明质酸钠及水凝胶隆起相同面积(3 cm)的黏膜,随后用高频电刀模拟内镜下黏膜下剥离术(ESD)进行隆起黏膜完整剥离,比较分析操作时间。结果流变性实验证明,合成了稳定的水凝胶。该水凝胶具有较好的剪切变稀性,且通过改变laponite的浓度,可以方便地调节其流变行为。不同浓度的水凝胶均可顺利通过23G内镜下注射针注射。离体猪胃黏膜下注射2 mL不同黏膜下注射剂,2%~5%浓度水凝胶的隆起高度[(8.70±0.57)、(9.60±0.89)、(10.10±0.74)、(9.50±1.41)mm]均大于等渗盐水[(5.20±0.76)mm]和透明质酸钠[(7.40±0.74)mm],差异有统计学意义(P<0.05)。注射水凝胶黏膜隆起高度随时间变化最为稳定、缓慢。在60 min时,等渗盐水处理的隆起高度维持率不足25%,透明质酸钠处理的隆起高度维持率约为46%,而不同浓度水凝胶(2%~5%)的隆起维持率高达72%~83%。注射4%水凝胶后隆起的平均剥离时间最短为[(3.09±0.70)min],明显低于等渗盐水组[(7.97±0.42)min]和透明质酸钠处理[(6.92±0.39)min],差异有统计学意义(P<0.01)。结论该水凝胶具有良好的流变性及可注射性,可有效且持久稳定地维持胃黏膜下隆起高度,降低电刀剥离操作时间,有望成为一种新型的黏膜下注射剂。

磷酸锆剥离悬浮液的制备及其剪切变稀效应

文章以八水氧氯化锆和磷酸为原料,采用水热法合成α-磷酸锆(α-Zr P),并用四丁基氢氧化铵溶液将其剥离成单层,形成悬浮液;利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、动态光散射(DLS)和偏振片对α-Zr P及其剥离悬浮液进行表征,并通过流变仪测量了悬浮液的粘度。结果表明:所合成的α-Zr P具有良好的形貌和晶型,粒径分布均一,在偏振片下可以观察到液晶现象,具有明显的剪切变稀效应。

剪切变稀流体中液滴生成行为的实验研究

为了揭示剪切变稀流体中液滴的生成机制,采用高速摄像机对羧甲基纤维素钠(CMC)溶液中单液滴的生成过程进行了研究,考察了剪切变稀流体的流变性质、注射流量和喷嘴直径对液滴生成行为的影响。结果表明:液滴在生成过程中,流体的流变性质对液滴形状变化的影响较大,使得液滴的形状相比去离子水中更易被拉长;溶液浓度的增加会导致当量直径的增大以及生成时间的增长;注射流量对液滴当量直径具有一定的影响,其随着注射流量的增加而减小,但生成时间增长;喷嘴直径对液滴生成过程中当量直径的影响很大,在同一时间点上,随着喷嘴直径的增加,液滴的当量直径减小,但最终的当量直径和生成时间均增大。

非牛顿流体保护渣的制备与剪切变稀性质研究

传统保护渣一般属于牛顿流体,其黏度往往是一个恒定的值,在连铸生产中具有一定的局限性。为了满足高速连铸对保护渣性能的需求,急需研制一种具有剪切变稀性质的非牛顿流体保护渣。研究发现,通过向CaO-SiO2-Na2O系保护渣中加入一定含量的B2O3或Si3N4可以使保护渣产生一种剪切变稀特性。本文从非牛顿流体保护渣的制备和保护渣微结构的检测分析两个角度开展了研究,尝试从更深层次解释产生这种剪切变稀性质的原因。

剪切变稀

剪切变稀是指非牛顿流体的表观黏度随剪切速率增加而降低的现象。人们日常使用的牙膏是一种剪切变稀流体,挤压牙膏表面时越用力,牙膏的黏度越小,也就越容易像液体一样流出。

粉煤灰对水泥浆体的剪切变稀和剪切增稠作用

采用RHEOLAB QC型旋转黏度计测试了粉煤灰掺量对水泥浆体流变行为的影响,采用HERSCHEL-BULKEY(H-B)流变模型对所测数据进行了拟合。结果表明:浆体流变曲线中有1个拐点,拐点所对应的流变参数为临界剪切速率(γcrit)、临界剪切应力(τcrit)和最小黏度值(ηmin),拐点左右两侧的浆体可分为剪切变稀和剪切增稠2个阶段。纯水泥浆体在较大的剪切速率下仍表现为剪切变稀。掺入粉煤灰后,浆体的γcrit、τcrit和ηmin均较纯水泥浆体降低,当粉煤灰掺量大于40%以后,浆体在较低临界剪切速率下出现了剪切增稠。在剪切变稀阶段,当粉煤灰掺量不大于50%时,增大粉煤灰掺量则浆体的流变指数显著降低,当粉煤灰掺量大于50%时,增加粉煤灰掺量,浆体流变指数增大,但均低于纯水泥浆体的流变指数;在剪切增稠阶段,随粉煤灰掺量的增加,浆体的流变指数增大,浆体剪切增稠的程度也增大。粉煤灰的掺入增大了剪切变稀阶段浆体剪切变稀的程度,也增大了剪切增稠阶段浆体剪切增稠的程度。

SiO_2悬浮液的剪切变稀行为

利用同轴圆筒式流变仪分析SiO2微粉悬浮液的剪切流变行为。借助于透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察SiO2微粉的显微结构,研究了SiO2微粉的颗粒团聚现象和团聚颗粒在悬浮液中的解聚过程。结果表明:SiO2颗粒团聚过程满足"Southerland ghost"聚集模型,其颗粒结构疏松,影响了悬浮液的剪切流变行为。SiO2悬浮液剪切变稀过程是SiO2微粉团聚颗粒解聚的过程,其流变特性满足Casson模型。该过程分成3个阶段:第1阶段悬浮液三维网络结构被破坏,粒子以颗粒簇的形式存在,悬浮液的黏度迅速降低;第2阶段颗粒簇解聚为颗粒集团,黏度进一步降低;第3阶段颗粒集团不能解聚成原始颗粒,剪切力使颗粒集团内固定的水分子产生流动,黏度缓慢降低。

含B_(2)O_(3)钙铝基连铸保护渣剪切变稀特性

为兼顾钙铝基连铸保护渣在结晶器弯月面上下方不同剪切速率区域的冶金功能,从非牛顿流体特性角度出发,研究了CaO-Al_(2)O_(3)-Li_(2)O-B_(2)O_(3)保护渣的剪切变稀特性。结果表明,在剪切稀化温度区间内,随着温度的降低,保护渣剪切变稀特性逐渐增强。在钙铝基保护渣中,B_(2)O_(3)对剪切变稀特性具有明显的抑制作用,该作用与其在硅酸系保护渣中的作用明显相反。在1300℃下,B_(2)O_(3)质量分数由4%提高至6%时,保护渣剪切变稀特性逐渐减弱。当B_(2)O_(3)质量分数提高至8%时,保护渣转变为牛顿流体,剪切变稀特性消失。

不同结晶器保护渣的剪切变稀行为

在连铸过程中，结晶器保护渣在通过控制润滑来实现较好的可浇性和铸坯质量方面起到重要作用。在缺乏结晶器保护渣不同热物性的情况下，黏度是判断结晶器保护渣润滑性能的必要参数。许多研究人员（包括笔者）证实了熔融的结晶器保护渣的流变性能。实际操作中，在剪切速度约为10-40s^-1的结晶器上表面，为减少卷渣，需要高黏度保护渣；但是在剪切速度为100～1000s^-1的结晶器壁，为了保证最大的润滑性能，保护渣黏度应该低。因此，这个特定的属性可能有利于实际连铸过程。目前的研究试图通过用旋转黏度计测量CaO—CaF2-SiO2、CaO-CaF2-B2O3-SiO2和CaO-CaF2-SiO2-Si3N4基保护渣体系的黏度来表征该体系的黏弹性（名为流变性能）。旋转黏度计配备一个1623K温度下受控氧逸度的熔炉。而且，通过拉曼光谱和XPS分析来了解结晶器保护渣黏弹性和结构之间的关系。根据结果，所有经检测的结晶器保护渣都具有流变性能，当剪切速率增大时，黏度降低。应用Os—wald-De Waele指数模型来定量每个结晶器保护渣的剪切变稀度，得出每个结晶器保护渣的聚合度与剪切变稀行为的强度大体上成比正。

关于高分子液体“高黏度”和“剪切变稀”的讨论

高分子材料的“高分子量”是其区别于小分子材料的重要特点,由此导致高分子液体(包括高分子熔 体和高分子浓溶液)具有区别于小分子液体的一系列奇异流变现象,如“高黏度”和“剪切变稀”。本文从高分子 液体“高黏度”和“剪切变稀”的实验现象入手.对其发生原因、对材料生产的指导性意见、与日常生活的联系、实 际生产因素如温度和浓度的影响等方面进行了讨论.介绍了笔者在教学过程中为增加学生对聚合物流变学的 理解和学习兴趣而积累的教学内容和教学实例。