原油流变学粘弹性流体详解.ppt

§2.4 粘弹性流体 ; 2．挤出胀大现象;3．同心套管轴向流动现象;5．无管虹吸现象;6．次级流现象;二、粘弹性流体的流变特征 1．法向应力与法向应力差 当力F作用于物体时，物体内部体积元所受的总应力（或物体内部某一点所受到的总应力） 可用九个应力分量 表示，或者说 可分解为九个应力分量 ，其中i代表应力分量作用的平面法向方向，j代表应力分量的方向，如下图所示，可用张量表示如下。 ; 其中，应力分量的下标1、2、3分别对应于x、y、z方向。τ11、 τ 22、 τ33为法向应力，其它6个为剪切应力，并且， τ12＝ τ21 ， τ13＝ τ31 ， τ23＝ τ32 。对简单的剪切流动， τ13＝ τ31＝0， τ23＝ τ32 ＝0， 故只有剪切应力τ12起作用。 ;当 时， ，称部分应力松弛，如图中的曲线b所示； 当 时， ，称完全应力松弛，如图中的曲线c所示。;应力松弛曲线示意图;3．弹性滞后 理想固体的应力－应变曲线为通过原点的直线，而且应力上升与下降对应的应力－应变曲线完全重合，如图中的曲线a。而粘弹性流体的应力－应变曲线不是直线，而且其应力上升与下降对应的应力－应变曲线不重合，如图中的曲线b，这种特性称弹性滞后。滞后环的面积与应变随时间的变化速率有关，即应力是应变与时间的函数。;弹性滞后曲线示意图 ;4．蠕变与回复 对理想固体施加一恒定的应力时，固体中瞬间产生对应的应变；当应力消除时，产生的应变也瞬间完全回复。对理想流体施加恒定的应力时，流体内产生的应变会随应力作用时间的增加而逐渐增大；当应力消除后，流体内产生的应变不会回复。对粘弹性流体，对于应力的突然施加与突然消除，得到的应变－时间曲线是介于理想固体与理想流体之间的独特的特性曲线。在应力施加阶段的应变－时间曲线为蠕变曲线，在应力消除后对应的应变－时间曲线为回复曲线。 ;蠕变与回复曲线 ;5．线性粘弹性与非线性粘弹性 流体的粘弹性可分为线性粘弹性和非线性粘弹性。线性粘弹性即应力、应变和应变速率之间成线性关系。粘弹性流体往往只能在较小的形变或形变速率下才出现线性特性。??较大的应变或剪切速率下，应力、应变和应变速率之间一般不成线性关系，即流体呈现非线性粘弹性。对非线性粘弹性状态下的流体，所测的流变性数据受实验参数和测量系统几何尺寸的影响非常大，不是绝对值，只能用作比较。目前人们对粘弹性流体流变性的认识、描述在很大程度上仍停留在线性粘弹性范围。