非牛顿流体

在自然界中的食品，不符合牛顿流体定律的流体占大多数。大量的食品，包括浓果汁、果酱、全鸡蛋、菜泥、浓牛奶以及巧克力浆等固液悬浮体都是非牛顿流体，下面的经验公式往往用来表示这些流体的剪切应力与剪切速率之间的关系：

τ=k(γ)n(1

n为流态特性指数，k为稠度系数。若为牛顿流体公式，则n=1，此时k为粘度。上式中，设ηa=k（γ）n-1，则与牛顿流体相似的非牛顿流体的状态方程可写为：

τ=ηaγ（2）

此式可以得到：η与ηa表示同样物理特性，有相同的量纲，即ηa为表观粘度(apparentviscosity)。表观粘度ηa是流体内部阻力的总和。然而与η不同的是，ηa是γ的函数，与k和n有关。换句话说ηa是指非牛顿流体在某一流速的粘度。

对于很多非牛顿流体，Τ只有在大于一定值Τ0时（也就是说，流体在获得能量克服一个屈服应力值以后），流动才能发生。Bulkey与Hershel提出的表示公式如下：

Τ=Τ0 k(γ)n（3）

Τ0表示屈服应力(yieldstress)。由于公式中的Τ0和n范围不同，将非牛顿流动分为以下五类 ：

胶变性流体假塑性流动

当粘度随着剪切速率或剪切应力的增大而减少，对应于公式（1）中的0胶变性流体胀塑性流动

粘度随着剪切速率的增大而增大的流动，也称为剪切增稠流动(shear thickening flow)。在公式τ=k(γ)n(1 胶变性流体塑性流动

液体只有在应力超过τ0时才开始流动。塑性流动的流动特性曲线不通过原点。宾汉流动(Binghamflow)是指当应力超过τ0时，流动特性符合牛顿流体规律的流动。而非宾汉流动是指不符合牛顿流动规律流动。把具有这两种流动特性的液体分别称为宾汉流体或非宾汉流体。食品中的浓缩肉汁就是一种典型的宾汉流体。卡松在研究了油漆流动的网架结构与剪切速率的关系后发现剪切应力和剪切速率有如下关系：

σ1/2=σ01/2 ηaε1/2

一部分非宾汉流体液态食品的流动规律符合卡松公式，如番茄酱、巧克力等。

胶变性流体触变性流动

触变性是指在振动、搅拌、摇动时，液体的流动性增加，粘性减少，静置后，过段时间发现流动又变困难的现象。也叫摇溶性流动。例如，番茄调味酱、蛋黄酱等，在容器中放置时间一长，倾倒时，就变得很难流动。但只要将容器猛烈摇动，或用力搅拌一会，它们就变得很容易流动。再长时间放置时，它们又会变得流动困难。触变性流动的发生是由于粒子之间形成的结合构造，随着剪切应力的增加而受到破坏，导致的粘性减少。但这些粒子间结合构造在停止应力作用时，恢复需要一段时间，逐渐形成。因此，剪切速率减慢时的曲线在前次增加时的曲线的下方，形成了与流动时间有关的滞变回环。材料的构造破坏的越大，体现为滞变回路包围面积越大。触变性对口感的影响体现为爽口柔和的感觉。

胶变性流体胶变性流动

液体随着流动时间延长，与触变性流动相反，变得越来越粘稠的现象。胶变性流动的食品给人以粘稠的口感。当流速加大时，达到最大值后，再减低流速，减低流速时的流动曲线反而在加大流速曲线的上方。这种现象也被称为逆触变现象。这是因为流动促进了液体粒子间构造的形成。

胶变性流体胶变性流体

胶变性流体是时间相关性流体，也可被当作触变型流体，但二者还是有明显的不同点,就是胶变流体静止时不会重建它的结构。由胶变性流体的流动特性曲线可见,随着剪切速率的增大(上行线)和减小(下行线)这样一个循环，形成了一个滞回环，表明了流体的粘度会随着时间的变化而发生改变，并且剪切速率减慢时的曲线在剪切速率增加时的曲线的上方，这些现象表明流体是一种胶变性流体 。

胶变性流体胶变性流体的性质

1.流体在搅拌过程中其表观粘度逐渐变大;

2.在时间为零时剪切力最小，随时间延长而逐渐延长而逐增加，并稳定在某一定值;

3.剪切速率愈大(即搅拌俞剧烈)，剪切力变化愈大;

4.一旦在某个时间停止搅拌，剪切应力就又到搅拌开始时的初始值。2100433B

数值上为熔体的剪切应力与剪切速率之比，单位为Pa·s。对于牛顿流体，其粘度为常数，称为牛顿粘度。对于非牛顿流体，粘度随剪切速率而变化，所得粘度称为在相应剪切速率下的表观剪切粘度。

触变性流体是一种典型的非牛顿流体，但国内外关于其流动行为的研究远不如其它非牛顿流体。其原因主要是实际中具有较强触变性的液体较少，然而我国原油具有显著的触变性。因此，开展触变性流体流动行为的研究在我国具有重要的实际意义。泊肖叶流动是管道输送原油的主要方式之一，而多孔介质中渗流的研究有助于对原油开采的分析。研究结果为我国原油的开采和输送提供了理论依据。

国内外学者对含蜡原油的触变性做了大量研究，建立了描述触变性的模型，其中最常用的则是用指数方程来描述含蜡原油的触变性。这些模型大多是依据旋转粘度计测定的流变参数而建立的。胶凝原油在旋转粘度计中属于剪切流，而在管道内属于拖动流，两者的流动边界条件不同，对介质的剪切方式也不同，从而引起其测试数据的差异。