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个挑战。一些流行的流量技术（例如电磁流量计）在用于此类流体时可能会出现高达20% 的精度偏差。当用于层流和湍流之间过渡的非牛顿流体时，超声波流量计还显示出高达15% 的偏差。在本博客中，我们将讨论非牛顿流体带来的挑战以及科里奥利流量仪表如何被证明是最成功的解决方案。
什么是非牛顿流体
无论施加什么力，牛顿流体（例如水）都表现出恒定的粘度。另一方面，非牛顿流体的粘度变化取决于施加在其上的力的类型和大小。
| 牛顿流体 | 非牛顿流体 |
| 水 | 柴油机尾气处理液 |
| 酒精 | 血 |
| 甘油 | 肥皂解决方案 |
| 汽油 | 蜂蜜 |
剪应力的影响
对于任何流经管道的过程流体，剪切力是由流体内部的分子相互移动而引起的。对于牛顿流体，这些剪切力不会导致粘度变化，并且流动具有可预测的速度分布。
在下图中，您可以看到，当牛顿流体流过管道时，管道壁附近剪切应力的增加会导致速度降低。这导致管道中心的流体流动较快，而管道壁处的流体流动较慢。然后可以预测所得的速度分布作为剪切应力的函数。
图 1. 通过管道的牛顿流
相反，对于非牛顿流体，速度分布并不那么可预测，因为剪切应力不仅影响速度，还影响流体的粘度。当流体的粘度随该应力而变化时，通过管道的速度分布会变得不对称、变化且不可预测。
剪切应力如何影响非牛顿流体的粘度？
非牛顿流体可分为四类之一，其特征在于剪切应力对其粘度的影响。
- Dilitant（剪切增稠）流体 粘度随剪切应力增加
- 假塑性（剪切稀化）流体粘度随剪切应力降低
- 触变流体 粘度随剪切应力随时间的推移而增加
- 随着时间的推移，流变流体 粘度随着剪切应力的变化而降低
图 2a。剪切应力对非牛顿流体的影响（剪切增稠和稀化）
图 2b。剪切应力对非牛顿流体（触变性和流变性）的影响
还有哪些其他条件会影响非牛顿流体？
过程条件可能会给非牛顿流体的行为带来进一步的变化。改变管道直径、流速和压力等参数都会影响剪切应力的大小，从而影响流体的粘度和速度分布。
使用科里奥利技术流动非牛顿流体
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分布，并且在层流和湍流之间过渡时的行为也不同。这些特性降低了依赖于预期流速分布的流量计的测量精度。
科里奥利质量流量仪表因其独特的工作原理（使用惯性力直接确定质量流量）而能够精确测量和控制非牛顿流体流量。利物浦大学的一项研究证实了这一点，该研究发现科里奥利流量设备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。
柴油机 Adblue 盖
虽然科里奥利仪器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。一些非牛顿流体非常粘稠，例如水泥浆、酸奶和蜂蜜，可能与某些科里奥利设备不兼容。
低粘度的非牛顿流体（例如聚合物溶液）非常适合与科里奥利仪器（例如 Alicat 的 CODA 系列质量流量计和控制器）一起使用。柴油机尾气处理液 (DEF) 是由 32.5% 尿素和 67.5% 去离子水组成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。DEF 功效和使用测试通常需要准确测量设定时间段内的流量。标准流量测量技术的准确性受到非牛顿流体特性的阻碍。