流動的非牛頓流體

找到合適的儀器來測量或控制非牛頓流體可能是一項挑戰。一些流行的流量技術（如電磁流量計）在用於此類流體時可能會出現高達 20% 的精度偏差。當用於在層流和擾流之間轉換的非牛頓流體時，超音波流量計也顯示出高達 15% 的偏差。在這篇文章中，我們將討論非牛頓流體帶來的挑戰，以及柯氏質量流量計如何被證明是最成功的解決方案。

什麼是非牛頓流體
牛頓流體（例如水）無論施加任何力都會表現出恆定的黏度。另一方面，非牛頓流體的黏度會根據施加在它們力上的類型和大小而變化。


剪應力的影響
對於通過管道移動的任何製程流體，剪應力是由流體內部的分子相互移動引起的。對於牛頓流體，這些剪應力不會導致黏度變化，並且流量具有可預測的速度剖面。
在下圖中，您可以看到當牛頓流體流過管道時，管壁附近的剪應力增加會導致速度降低。這導致管路中心的流體流動更快，而管壁的流體流動更慢。然後，作為剪應力的函數，可以預測所得的速度剖面。

相較之下，非牛頓流體的速度剖面無法預測，因為剪應力不僅影響速度，也影響流體的黏度。當流體的黏度作為該應力的函數而變化時，通過管道的速度剖面可能會呈現不對稱、變化和不可預測的狀態。

剪應力如何影響非牛頓流體的黏度？
非牛頓流體可分為四組之一，其特徵在於剪應力對其黏度的影響。

1. 稀釋劑（剪切增稠）流體黏度隨剪應力增加
2. 假塑性（剪切稀釋）流體黏度隨剪應力而降低
3. 隨著時間的推移，觸變流體黏度隨著剪應力的增加而增加
4. 隨著時間的推移，流變流體黏度隨著剪應力而降低


還有其他那些條件會影響非牛頓流體？
生產流程條件可能會為非牛頓流體的行為帶來更多的變異性。改變管道直徑、流量和壓力等參數都會影響剪應力的大小，因此也會影響流體的黏度和速度剖面。

使用科氏技術流動的非牛頓流體
在選擇流量計或控制器時，考慮過程中使用的流體的行為至關重要。與牛頓流體相比，非牛頓流體具有不同的速度剖面，並且在層流和擾流之間轉換時表現也不同。這些特性降低了依賴預期速度剖面的流量計測量精度。
科氏質量流量計能夠準確測量和控制非牛頓流體流量，因為其獨特的工作原理是利用慣性直接確定質量流量。利物浦大學的一項研究證實了這一點，該研究發現科氏質量流量計裝置在與非牛頓流體一起使用時可以在指定的精度公差內運作。
雖然柯氏質量流量計已被證明是流動非牛頓流體的最有效解決方案，但了解該技術的局限性仍然很重要。一些非牛頓流體具有高黏度——例如，水泥漿、優格和蜂蜜——可能與某些科氏質量流量計裝置不相容。
粘性較低的非牛頓流體，例如聚合物溶液，質量流量計和控制器等科氏質量流量計一起使用。環保汽車尿素是 32.5% 尿素和 67.5% 去離子水的非牛頓流體溶液混合物。這種液體被倒入許多柴油卡車引擎中，透過將煙灰和未燃燒的燃料分解成氮氣和水副產品來減少排放。環保汽車尿素功效和使用的測試通常需要在設定的時間內準確測量流量。標準流量測量技術的準確性受到非牛頓流體特性的阻礙。

如需更多有關流量控制的產品，請參閱網站
https://www.genndih.com/cht/Proportional-Flow-Control-Valve