流动的非牛顿流体

找到合适的仪器来测量或控制非牛顿流体可能是一项挑战。一些流行的流量技术（如电磁流量计）在用于此类流体时可能会出现高达 20% 的精度偏差。当用于在层流和扰流之间转换的非牛顿流体时，超音波流量计也显示出高达 15% 的偏差。在此文中，我们将讨论非牛顿流体带来的挑战，以及科氏质量流量计如何被证明是最成功的解决方案。

什么是非牛顿流体
牛顿流体（例如水）无论施加任何力都会表现出恒定的黏度。另一方面，非牛顿流体的黏度会根据施加在它们力上的类型和大小而发生变化。


剪应力的影响
对于通过管道移动的任何过程流体，剪应力是由流体内部的分子相互移动引起的。对于牛顿流体，这些剪应力不会导致黏度变化，并且流量具有可预测的速度剖面。
在下图中，您可以看到当牛顿流体流过管道时，管壁附近的剪应力增加会导致速度降低。这导致管道中心的流体流动更快，而管壁处的流体流动更慢。然后，作为剪应力的函数，可以预测得到的速度剖面。

相比之下，非牛顿流体的速度剖面无法预测，因为剪应力不仅影响速度，还影响流体的黏度。当流体的黏度作为该应力的函数而变化时，通过管道的速度剖面可能会呈现不对称、变化和不可预测的状态。

剪应力如何影响非牛顿流体的黏度？
非牛顿流体可分为四组之一，其特征在于剪应力对其黏度的影响。

1. 稀释剂（剪切增稠）流体黏度随剪应力增加
2. 假塑性（剪切稀释）流体黏度随剪应力而降低
3. 随着时间的推移，触变流体黏度随着剪应力的增加而增加
4. 随着时间的推移，流变流体黏度随着剪应力而降低


还有其他那些条件会影响非牛顿流体？
生产流程条件可能会给非牛顿流体的行为带来更多的可变性。改变管道直径、流量和压力等参数都会影响剪应力的大小，因此也会影响流体的黏度和速度剖面。

使用科氏技术流动的非牛顿流体
在选择流量计或控制器时，考虑过程中使用的流体的行为至关重要。与牛顿流体相比，非牛顿流体具有不同的速度剖面，并且在层流和扰流之间转换时表现也不同。这些特性降低了依赖于预期速度剖面的流量计测量精度。
科氏质量流量计能够准确测量和控制非牛顿流体流量，因为其独特的工作原理是利用惯性直接确定质量流量。利物浦大学的一项研究证实了这一点，该研究发现科氏质量流量计装置在与非牛顿流体一起使用时可以在指定的精度公差内运行。
虽然科氏质量流量计已被证明是流动非牛顿流体的最有效解决方案，但了解该技术的局限性仍然很重要。一些非牛顿流体具有高黏度——例如，水泥浆、酸奶和蜂蜜——可能与某些科氏质量流量计装置不相容。
黏性较低的非牛顿流体，例如聚合物溶液，质量流量计和控制器等科氏质量流量计一起使用。环保汽车尿素是 32.5% 尿素和 67.5% 去离子水的非牛顿流体溶液混合物。这种液体被倒入许多柴油卡车发动机中，通过将烟灰和未燃烧的燃料分解成氮气和水副产品来减少排放。环保汽车尿素功效和使用的测试通常需要在设定的时间段内准确测量流量。标准流量测量技术的准确性受到非牛顿流体特性的阻碍。

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