سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان
الف- سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان سیالاتی هستند که در آنها تنش برشی تنها تابعی غیر خطی از نرخ برش است. به عبارت دیگر در این سیالات ویسکوزیته تابعی از نرخ برش می باشد. مطابق شکل
(الف-1) خود این سیالات به دو دسته کلی سیالاتی دارا و فاقد تنش تسلیم تقسیم می شوند. در موادی که دارای تنش تسلیم هستند شرط جریان ماده، رسیدن تنش به حد مشخصی برای شروع سیلان آن است. برای مثال خمیر دندان مثال بسیار مناسبی برای این مواد است به نحوی که تا زمانی که میزان فشردگی پوسته آن به حد مشخصی نرسد، خمیر دندان از آن خارج نمی شود. علت این رفتار فیزیکی معمولاً به ساختمان سه بعدی ماده نسبت داده می شود. ساختمان این مواد قادر است که تنش برشی کمتر از حد تسلیم را بدون ایجاد جریان تحمل نماید ولی پس از آن، ساختمان داخلی شکسته شده و ماده اجازه حرکت برشی را پیدا می کند. تصور می شود که ساختمان داخلی ماده پس از کاهش تنش به مقدار کمتر از تسلیم دوباره ترمیم می شود معروف ترین این دسته از مواد، پلاستیک بینگهام است. در واقع پلاستیک بینگهام یک سیال نیوتنی دارای تنش تسلیم است (ویسکوزیته آن ثابت است). نمونه هایی از سیالات دارای تنش تسلیم عبارتند از: برخی پلاستیکهای مذاب، گل حفاری چاه نفت، مخلوط آب و شن، دوغ آبهای گچ و ماسه، شکلات مایع، کرم های طبی، خمیر دندان، بتن تازه، مارگارین و گریسها
سیالاتی که فاقد تنش تسلیم هستند،
به دو دسته سیالات شبه پلاستیک[1] و سیالات دایلاتنت[2] تقسیم می شوند. این سیالات بصورت سیالات نیوتنی تعمیم یافته[3] نیز نامیده می شوند. تاکنون مدلهای متعددی به عنوان قانون پایه برای این مواد ارائه شده است، اما پرکاربردترین و ساده ترین مدل حاکم بر آنها مدل پاورلا[4] است که در آن تنش برشی تابعی از توان n ام نرخ برش است ]2[.یکی از اشکالات این مدل، پیش بینی ویسکوزیته صفر در نرخ برش بی نهایت برای سیالات شبه پلاستیک است. از جمله
مدل هایی که این مشکل مدل پاورلو را بر طرف می نمایند می توان به مدل کراس[5]، مدل کاریو-یاسودا[6] و راینر-فیلیپوف[7] اشاره نمود شایان ذکر است که با ازدیاد ثابت های این مدل ها رفتار وابستگی تنش به نرخ برش بهتر مدل می شود. در سیالات شبه پلاستیک، ویسکوزیته در نرخهای برش کوچک و بسیار زیاد تقریباً خطی است
. شیب منحنی تنش در برابر نرخ کرنش در شدتهای برش زیاد، به ویسکوزیته در برش بینهایت و در شدتهای برش کم به ویسکوزیته در برش صفر موسوم است. در این مواد، نرخ افزایش تنش در برابر شدت برش، مقداری منفی است (ویسکوزیته تابعی نزولی از شدت برش است). به عبارت دیگر چنانچه از مدل پاورلا به عنوان قانون پایه برای مواد شبه پلاستیک استفاده شود، در این صورت n مقداری کوچکتر از یک خواهد بود
شکل (الف-1): منحنی های تنش برشی در برابر نرخ برش برای سیالات مستقل از زمان
سیالات شبه پلاستیک عموماً در بین مواد زیر یافت می شوند: بسیاری از مواد با وزن مولکولی بالا، بسیاری از سوسپانسیونهای دارای غلظت متوسط، محلولهای لاستیک طبیعی و مصنوعی، چسبها، سوسپانسیونهای آهار، استات سلولز، محلولهای مورد استفاده برای ساخت رایون، مایونز، بعضی مرکبهای چاپ و رنگها .در سیالات دایلاتنت با افزایش شدت برش، ویسکوزیته سیال افزایش می یابد و چنانچه از مدل پاورلا به عنوان قانون پایه برای آنها استفاده شود، در این صورت n مقداری بزرگتر از یک خواهد بود. در بین مواد زیر رفتار سیال دایلاتنت مشاهده شده است: برخی سوسپانسیونهای آبی اکسید تیتانیوم، برخی محلولهای پودر ذرت – شکر، برخی محلولهای بوراکس – صمغ عربی، نشاسته، سیلیکات پتاسیوم، شن مرطوب ساحل و بعضی رنگها
