التعريف
A سائل غير نيوتوني هو أي سائل يكون تختلف اللزوجة باختلاف إجهاد القص المطبق أو معدل القص, ، بدلاً من أن تظل ثابتة كما هو موضح في قانون نيوتن للزوجة. على عكس السوائل النيوتونية مثل الماء أو الهواء، تُظهر السوائل غير النيوتونية تغيرات في سلوك التدفق حسب القوى المؤثرة عليها.
لأن اللزوجة الظاهرية نظرًا للتغيرات التي تطرأ عليها أثناء المعالجة، تتطلب السوائل غير النيوتونية اهتمامًا خاصًا في مجال الهندسة الكيميائية، لا سيما في عمليات الضخ والخلط ونقل الحرارة وتصميم المفاعلات.
الخصائص الرئيسية
السمة المميزة للسائل غير النيوتوني هي سلوكه الريولوجي المتغير.
ومن بين الخصائص المشتركة ما يلي:
- تتغير اللزوجة مع إجهاد القص أو معدل القص
- يختلف سلوك التدفق عن السوائل النيوتونية
- تتغير اللزوجة الظاهرية أثناء المعالجة
- تؤثر الخصائص الريولوجية بشكل مباشر على معالجة السوائل وأداء المعدات
ومن الأمثلة الصناعية النموذجية: محاليل البوليمرات، والملاط، والمواد اللاصقة، والدهانات، والطلاءات، ومستحضرات التجميل، والمعاجين الغذائية، والعديد من المنتجات الكيميائية عالية اللزوجة.
الأنواع الشائعة
تصنف السوائل غير النيوتونية عادةً إلى الانسيابية الناتجة عن القص, زيادة اللزوجة بفعل القص, بلاستيك بينغهام, و متغير اللزوجة السوائل، التي يُظهر كل منها استجابات ريولوجية مختلفة تحت تأثير الإجهاد المطبق.
- السوائل التي تقل لزوجتها مع القص انخفاض اللزوجة مع زيادة معدل القص.
- السوائل التي تزداد لزوجتها تحت تأثير القص تصبح أكثر لزوجة مع زيادة قوة القص.
- بينغهام للبلاستيك تتطلب حدًا أدنى من إجهاد الخضوع قبل أن تبدأ في الانسياب.
- السوائل المتغيرة اللزوجة تفقد لزوجتها تدريجيًا أثناء القص المستمر، وتستعيدها عند تركها في حالة سكون.
يؤثر كل سلوك بشكل مختلف على تصميم العمليات واختيار المعدات وظروف التشغيل.
الأهمية الصناعية
الفهم علم الريولوجيا وهو أمر أساسي في هندسة العمليات الكيميائية لأن سلوك السوائل يؤثر بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج واتساق المنتج.
بالنسبة لمهندسي العمليات، تؤثر السوائل غير النيوتونية على:
- كفاءة الخلط
- أداء المضخة
- انخفاض الضغط
- خصائص نقل الحرارة
- توزيع زمن البقاء
- أداء المفاعل
قد يؤدي تجاهل السلوك غير النيوتوني إلى سوء الخلط، أو عدم استقرار التدفق، أو الاستهلاك المفرط للطاقة، أو تباين جودة المنتج.
الاعتبارات الهندسية
يتطلب تصميم المعدات المخصصة للسوائل غير النيوتونية أكثر من مجرد معرفة لزوجة السائل. فيجب على المهندسين تقييم كيفية تغير اللزوجة عبر نطاق التشغيل المتوقع.
غالبًا ما تتطلب السوائل غير النيوتونية عالية اللزوجة تصميمًا خاصًا الخلاطات الثابتة لتحسين كفاءة الخلط مع تقليل فقدان الضغط المفرط إلى أدنى حد. وبالمثل، يمكن أن تؤثر التغيرات في اللزوجة بشكل كبير على معاملات نقل الحرارة, ، وتحديد أبعاد المعدات، والأداء الحراري الإجمالي في المبادلات الحرارية.
العديد من أنظمة البلمرة والسوائل عالية اللزوجة التدفق المستمر تتضمن هذه العمليات سوائل غير نيوتونية، مما يجعل التحليل الريولوجي عاملاً مهمًا يجب أخذه في الاعتبار عند اختيار المعدات وتحسين العمليات.
المصطلحات ذات الصلة
- السائل النيوتوني
- علم الريولوجيا
- اللزوجة الظاهرية
- إجهاد القص
- معدل القص
- خلاط ثابت
- مبادل حراري
- انخفاض الضغط
