LƯU BIẾN HỌC RHEOLOGY CBGD: Vũ Bá Minh Bộ mơn Máy Thiết bị Khoa Kỹ thuật Hố học 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Nội dung Chương 1: Kh niệm chung tính chất lưu biến. Chương 2: Dụng cụ đo độ nhớt loại ống. Chương 3: Dụng cụ đo độ nhớt loại quay. Chương 4: Lưu chất phi Newton đàn hồi nhớt 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Tài liệu tham khảo      [1] Mc Cabe & Smith ,”Unit operations in Chemical Engineering” , Chương , Mc Graw Hill , 1995. [2]. Steffe , “ Rheological Methods in Food Processing Engineering “, Freeman Press , 1992. [3].Dennis Laba, “ Rheological Properties of Cosmetics and Toiletries“, Marcel Dekker, 1993. [4] Vũ Bá Minh , “Xác đònh tính chất lưu biến dung dòch phi Newton lọai giả dẻo phương pháp đo lưu lượng dòng chảy” , Hội Nghò Khoa Học-Công Nghệ Trưòng Đại Học Kỹ Thuật TP.HCM lần - 4/1999. [5] Vũ Bá Minh , “Xác đònh tính chất lưu biến dung dòch xanthan gum” , Tạp chí phát triển KH & CN, Đại Học Quốc gia TPHCM, tập , & 6/ 2000. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Tài liệu viết tiểu luận [1] Haruhiko Yokoi… ,”Flocculation Properties of Xanthan Produced by Xanthomonas campestris”, Biotechnology Techniques, Oct. 1996. [2] E. Galindo, “Aspects of the Process for Xanthan Production”, Institution of Chemical Engineers, Dec. 1994. [3] F. Garcia-Ochoa & J.A. Casas, “Apparent yield stress in Xanthan gum solutions at low concentration”, Chem. Eng. Journal, Apr. 1994. [4] Vũ Bá Minh, “Khảo sát tính chất lưu biến dung dòch Xanthan gum”, Tạp chí Khoa học Công nghệ ĐHQG, 2002. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Tài liệu viết tiểu luận [5] Noh A. Park, “Anomalous viscosity-temperature behavior of aqueous Carbopol solutions”, Society of Rheology, 1997. [6] Carbopol: Technical Information. [7] Carbopol Troubleshooting Guide. [8] Dave E.Dunstan…, “The rheology of engineered polysaccharides”, Food Hydrocolloids, Sept. 1994. [9] Rajinder Pal, “Rheological Properties of Mixed polysaccharides and Polysaccharide- Thickened Emulsions”, AlChE Journal, July 1996. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Tài liệu viết tiểu luận [10]P.G. Kristensen…, Rheological Properties of Maize Starch Pastes”, Adelaide University, 1995. [11] C.A. Branch & C.D. Rielly, “Forces acting on large food particles during flow through a pipe at low Reynolds number”, IChemE Research Event, 1993. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Tài liệu viết tiểu luận    [1] L.T. Wardhaugh & D.V. Boger, “Pipeline flow of waxy crude oil”, The APEA Journal, 1992 [2] Cheng Chang & D.V. Boger, “The measurement of true yield stresses of waxy crude oil” [3] T.C. Davenport & R. S. H. Somper, “The Yield Value and Breakdown of Crude Oil Gels”, Journal of the Institute of Petroleum, 1971 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Tài liệu viết tiểu luận   [4] B. J. Briscoe, P.F. Luckham & S.R. Ren, “The rheological properties of barite-loaded drilling fluids”, Institute of Chemical Engineers, 1992 [5] Rémy Mas & Albert Magnin, “Rheology of colloidal suspensions: Case of lubricating greases”, Society of Rheology, 1994 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Chương 1: Kh niệm chung tính chất lưu biến. 1.1. Đònh nghóa 1.2. Lưu chất NEWTON 1.3. Lưu chất phi NEWTON (non-Newtonian fluids) 1.3.1. Lưu chất phi Newton độc lập thời gian (time-independent) 1.3.2. Lưu chất phi Newton phụ thuộc thời gian (time-dependent) 1.4. Lưu chất đàn hồi nhớt (visco elastic)(chương 4) 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien Ch 1.Tổng quan lưu biến học 1.1 ĐỊNH NGHĨA Trong Cơ học lưu chất:  lưu chất đơn giản Newton  lưu chất phi Newton Tuy nhiên: lưu chất phi Newton ngày trở nên thông dụng ngành CNHH là đối tượng quan trọng phải giải gặp toán có liên quan. ngành khoa học chuyên biệt. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 10   Tuy nhiên quan sát giai đọan đầu biến dạng thực tế bỏ qua dòng lưu chất chuyển động. Quan trọng giai đọan đầu công nghệ cần xem xét đònh tính chất đặc trưng sản phẩm cuối cùng. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 53 1. Lưu chất thixotropic   Tốc độ phá vỡ cấu trúc trình chòu tác động ứng suất không đổi phụ thuộc vào số lượng liên kết có sẵn phải phá vỡ giảm dần theo thời gian. (tốc độ phản ứng hóa học bậc 1). Tốc độ tái tạo lại cấu trúc lưu chất tăng lên theo thời gian, xảy đồng thời với mức tăng số lượng liên kết có cấu trúc mới. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 54 1. Lưu chất thixotropic  Trạng thái cân động đạt tốc độ tái tạo lại cấu trúc với tốc độ phá vỡ nó. Trạng thái cân phụ thuộc vào suất biến dạng suất biến dạng tăng lên tốc độ phá vỡ cấu trúc có xu hướng nhiều tốc độ tái tạo. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 55 1. Lưu chất thixotropic Gia tăng vận tốc Moment xoắn Bắt đầu sau để yên thời gian dài Thời gian Hình 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 56 1. Lưu chất thixotropic Ứng suất trượt τ Cấu trúc hình thành sau tăng dần thời gian để yên Ngay sau trượt (chất lỏng Newton trường hợp này) Tốc độ trượt γ Hình 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 57 1. Lưu chất thixotropic   Chất lỏng thixotropic trình thuận nghòch sau thời gian đứng yên cấu trúc chất lỏng tái tạo lại dần dần. Nếu đường cong lưu biến thixotropic xác đònh sau chòu ứng suất thời điểm trình phục hồi kết thu hình 5. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 58 1. Lưu chất thixotropic   Tính chất đặc trưng tạo nên đường cong lưu biến vòng kín đồ thò lưu biến đồ thò xác đònh cách trước tiên cho suất biến dạng tăng lên sau cho suất biến dạng giảm theo tỉ lệ không đổi. Hình 6: đường cong A B xác đònh với chất lỏng Newton chất lỏng giả dẻo thể tính chất thixotropic. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 59 Ứng suất trượt τ 1. Lưu chất thixotropic B A Tốc độ trượt γ Hình 6: Vòng trễ chất lỏng thixotropic 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 60 Thixotropic Ứng suất trượt τ Ứng suất trượt τ 1. Lưu chất thixotropic Tốc độ trượt γ Thixotropic Tốc độ trượt γ Hình 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 61 1. Lưu chất thixotropic – Tóm tắt   Do đònh nghóa Thixotropy khả hệ cho thấy độ nhớt hàm số theo suất biến dạng thấp khả hồi phục cấu trúc sau khỏang thời gian. Tính chất Thixotropy quan sát sau vật liệu bò biến dạng sau hồi phục cách giảm biến dạng (hình 8õ) 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 62 1. Lưu chất thixotropic – Thí dụ   Quét sơn lên tường thẳng đứng làm vỡ cấu trúc gel, độ nhớt giảm, sơn chảy. Khi nhấc cọ ra, sơn hồi phục cấu trúc nhanh tốt độ nhớt ban đầu, nhiên không tức thời cần thời gian để mặt sơn phẳng. Phương pháp đo ảnh hưởng thời gian lên tính lưu biến hệ xác đònh biến thiên ứng suất hàm số theo thời gian thay đổi suất biến dạng. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 63 2. Chất lỏng Rheopectic – Sự hình thành cấu trúc biến dạng   Là loại lưu chất có tính chất ngược lại tức độ nhớt tăng theo thời gian biến dạng. Thí dụ lọai kem dẻo (whipping) có cấu trúc đựơc tạo nên có tính thuận ngòch. Đây trường hợp hình thành dần cấu trúc chất lỏng biến dạng, tính chất chất lỏng có cấu trúc giải thích sở cho biến dạng dẫn đến việc phá vỡ cấu trúc. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 64 2. Chất lỏng Rheopectic   Freundlich Juliusberger: dung dòch 42% bột thạch cao (1-10 µ m) nước để nghiên cứu nhận thấy sau khuấy, vật liệu đóng cứng lại vòng 40 ph giữ yên khoảng 20s ống chứa dung dòch quay nhẹ lòng bàn tay. Có giá trò biến dạng tới hạn vượt giá trò không thực việc tái tạo lại cấu trúc đồng thời trình phá vỡ lại xuất hiện. Hiện tượng thấy dung dòch loãng với nước pentoxit vanadi bentonit. 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 65 1.4. CHẤT LỎNG ĐÀN HỒI NHỚT Chương 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 66 Độ nhớt số lưu chất Lưu chất Nhiệt độ, Độ nhớt, Pa.s C 20 1,0 . 10-3 Nước Sữa tươi 20 1,99 . 10-3 Dầu bắp 25 5,65 . 10-2 Nước nho 600 Brix 27 0,11 24,8 3,86 Mật ong 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 67              1) Carbopol 2) CMC – Carboxy Metil Cellulose 3) Dầu thơ – Crude Oil 4) Phụ gia cho mỹ phẩm 5) Phụ gia cho thực phẩm 6) Tinh bột biến tính 7) Sốt Mayonais 8) Kem đánh 9) Chất bơi trơn – Lubricants 10) Rhelogical Property 11) Pipe flow of non-Newtonian fluids 12) Biological Rheology 13) Rheological Property of Slurry 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 68 [...]... lưu chất phi Newton phụ thuộc vào thời gian lưu chất có cả hai đặc tính của chất lỏng và chất rắn, thể hiện tính đàn hồi cục bộ sau khi bò biến dạng và được gọi là lưu chất đàn hồi nhớt 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 22 1.3.1 LƯU CHẤT PHI NEWTON ĐỘC LẬP VỚI THỜI GIAN  1 Phân loại lưu chất có tính chất lưu biến không phụ thuộc vào thời gian được mô tả bằng phương trình lưu biến. ..  Lưu biến học (Bingham - 1929) Đây là một ngành khoa học nghiên cứu về sự biến dạng và lưu chuyển của vật chất hay cách thức vật chất đáp ứng lại ứng suất tác động Tất cả vật chất đều có tính lưu biến và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lónh vực như: công nghệ hoá học và thực phẩm nói chung, công nghệ sinh học, đòa chất và quặng mỏ, công nghệ bê tông, cơ học đất, khoa học về bôi trơn,... chính lưu chất phi Newton    lưu chất có suất biến dạng ở một điểm bất kỳ chỉ phụ thuộc vào ứng suất biến dạng tại điểm đó ngoài ra không phụ thuộc vào bất cứ yếu tố nào khác được gọi là lưu chất phi Newton độc lập với thời gian lưu chất phức tạp hơn trong đó quan hệ giữa ứng suất biến dạng và suất biến dạng phụ thuộc vào thời gian biến dạng của chất lỏng hoặc trạng thái trước đó của nó được gọi là lưu. .. 100 600 1500 104 106 1011 1015 43 20 1.3 LƯU CHẤT PHI NEWTON Lưu chất phi Newton:  lưu chất có đường cong lưu biến không phải là đường thẳng đi qua gốc toạ độ trên giản đồ lưu biến  độ nhớt của lưu chất phi Newton không phải là hằng số ở một nhiệt độ và áp suất nhất đònh  phụ thuộc vào những yếu tố khác:  như suất biến dạng, hình dạng vật bao chứa lưu chất thậm chí cả trạng thái trước đó 09/09/15... chat luu bien 28 (2) Lưu chất giả dẻo (pseudoplastic – shear thinning):  Lưu chất giả dẻo không có ứng suất dư đường cong lưu biến đặc trưng của loại lưu chất này cho thấy tỷ lệ giữa ứng suất biến dạng và suất biến dạng có thể được coi là độ nhớt biểu kiến µ A , giảm liên tục theo suất biến dạng và đường cong lưu biến trở thành đường thẳng chỉ khi chất lỏng chuyển động với suất biến dạng rất cao Độ... này cho thấy suất biến dạng tại một điểm bất kỳ trong lưu chất là một hàm đơn giản theo ứng suất biến dạng tại điểm đó Những lưu chất này có thể được gọi bằng thuật ngữ chất lỏng nhớt phi Newton 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 23 4 nhóm riêng biệt căn cứ vào hàm f trong (1.2.) 1 Lưu chất dẻo Bingham 2 Lưu chất giả dẻo (pseudoplastic – shear thinning) 3 Lưu chất dilatant (shear-thickening)... (shear-thickening) 4 Lưu chất Herschel-Bulkley 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 24 Ứùng suất trượt τ Hình 3: Đường cong lưu biến của các lưu chất phi Newton độc lập với thời gian Tốc độ trượt γ Hình 3: Đường cong lưu biến của các loại chất lỏng phi Newton không phụ thuộc thời gian khác nhau 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 25   (1) Lưu chất dẻo Bingham: Lưu chất dẻo... Đến nay đã có nhiều thành tựu trong các lónh vực lưu biến sinh học, lưu biến polymer và lưu biến huyền phù 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 11 Tính chất lưu biến thường được sử dụng trong các trường hợp sau:       Tính toán quá trình và thiết bò Xác đònh các chức năng chuyên biệt trong quá trình phát triễn sản phẩm Kiểm tra chất lượng sản phẩm trung gian và cuối cùng Kiểm... bien 26 (1) Lưu chất dẻo Bingham:   Khái niệm về lưu chất dẻo Bingham lý tưởng rất thuận lợi trong những ứng dụng thực tế do có rất nhiều chất lỏng thực có tính chất rất gần với tính chất đặc trưng này Một số chất lỏng Bingham thông dụng là:  các loại huyền phù, dung dòch khoan, sơn dầu, kem đánh răng, và bùn thải 09/09/15 Chuong 1: Khai niem chung ve tinh chat luu bien 27 (1) Lưu chất dẻo Bingham:... Bingham đặc trưng bằng đường cong lưu biến là đường thẳng cắt trục tung ứng suất biến dạng tại điểm τ 0 Ứng suất biến dạng giới hạn (ứng suất dư – yield stress) τ 0 là ứng suất phải vượt qua trước khi hiện tượng lưu biến xảy ra Phương trình lưu biến : τ - τ0 = µB γ ; τ > τ0 (1.3) trong đó τ 0 là ứng suất dư và µ B là độ nhớt dẻo của lưu chất, là hệ số góc của đường lưu biến 09/09/15 Chuong 1: Khai niem . quan về lưu biến học Ch 1.Tổng quan về lưu biến học 1.1 ĐỊNH NGHĨA 1.1 ĐỊNH NGHĨA Trong Cơ học lưu chất: Trong Cơ học lưu chất:  lưu chất đơn giản Newton lưu chất đơn giản Newton  lưu chất phi. chung về tính chất lưu biến. về tính chất lưu biến. 1.1. Đònh nghóa 1.1. Đònh nghóa 1.2. Lưu chất NEWTON 1.2. Lưu chất NEWTON 1.3. Lưu chất phi NEWTON (non-Newtonian fluids) 1.3. Lưu chất phi. tựu trong các lónh vực lưu Đến nay đã có nhiều thành tựu trong các lónh vực lưu biến sinh học, lưu biến polymer và lưu biến huyền biến sinh học, lưu biến polymer và lưu biến huyền phù. phù.