第一篇：15電磁在非牛頓流體中的應用

15電磁流量計在非牛頓流體流量測量中的應用

流量計確定一次裝置精確度的方法是建立在參考流動條件基礎上的。但是，不同工作原理的流量計對參考流動條件的敏感程度是不同的，有的甚至相差甚遠。參考流動條件中所規定的具有充分發展的層流或紊流的速度分布和牛頓流體與我們要討論的問題相關。

“由牛頓流體所形成的速度分布是所有流量計（編注：本文主要指速度式流量計和標準節流裝置等）的基本參比狀況，各種修正都是根據這個速度分布進行的。為確定非牛頓流體對流量計的影響，需要在實驗室進行專門的測試。由于非牛頓流體的種類繁多，目前這方面已公布的數據甚少。”在許多應用的場合下，有許多非牛頓流體處于層流狀態，其速度分布與牛頓流體不同，它們偏離了牛頓流體層流速度分布的情況，其速度分布是難于預報的，但已知其分布是對稱的，而達到這種速度分布所需的直管段長度通常僅為牛頓流體所需長度的1/3到1/2。[10] 封閉管道中使用的電磁流量計是通過測量流體的面平均流速進而算出流量的速度式流量計，但它與其它速度式流量計不同的是，電磁流量計具有可以測量非牛頓流體，并且無須進行雷諾數、壓力、溫度、黏度和密度修正的顯著特點，這與其輸出信號的特性有關。

在日本1979年出版的《流量測量手冊》[11] 一書中說：“電磁流量計檢測電極所產生的感應電動勢與平均流速成正比，因此，無論管路內的流動為層流也好，或因雷諾數的變化而變為紊流也好，只要流速分布與管軸對稱，一般也會感應出與平均流速成正比的電動勢，但 是，必須注意一般在彎管和閥門的前后的流動，由于流速分布變亂，不會出現上述情況。”當時的電磁流量計雖然可以做到從層流到紊流的測量，無須進行雷諾數修正，但要求流速分布必須是與管軸對稱的。

在美國1983年出版的《流量測量工程手冊》[10]一書中也有類似的表述：“至今，幾乎還沒有在層流狀態下非牛頓流體流量測量的資料。除了用文丘利管測量泥漿和污水的流量或不需要進行雷諾數校正的場合，在許多情況下是采用電磁流量計，這主要是由于它的輸出基本上是反映速度分布的平均值。”也就是說，電磁流量計可以測量層流狀態下的非牛頓流體。

隨著電子技術和計算機技術的快速發展，加速了電磁流量計技術的發展。20世紀90年代以后，勵磁方式的不斷改進代表著電磁流量計技術的不斷進步。與早期的工頻勵磁相比，低頻矩形波勵磁，雙頻勵磁，可編程控制勵磁等新的勵磁方式的電磁流量計，提高了傳感器輸出流量信號的信噪比，降低并穩定了儀表的零點。轉換器應用先進的集成運算放大器大幅度降低了器件的噪聲。采用數字的處理方法，較模擬電路的轉換器能使電磁流量計的測量精確度大幅度提高。感應信號的權重函數理論的研究，一定程度地改善了管道內流速分布非軸對稱性對流量準確測量的影響。因此，現代的電磁流量計才有可能達到±0.5%,甚至±0.2%的測量精確度，而且適用范圍更寬。[13] 非牛頓流體的種類繁多，目前，我們比較熟悉的有據可查的常用電磁流量計測量的非牛頓流體有紙漿、礦漿、水煤漿、鉆井用泥漿等[10]（P166），我們習慣上稱其為漿液，而把適用于測量漿液流量的 電磁流量計稱為漿液型電磁流量計。這里需要說明的是，電磁流量計在這些行業并非全部用于漿液流量的測量，但測量漿液流量占有重要地位。下面我們將分別討論電磁流量計在造紙、氧化鋁和甲醇行業的應用。

15．1電磁流量計在造紙行業的應用

造紙行業已成為繼汽車、電子之后的第三大支柱產業。據悉，在從國外引進的成套造紙設備中，對液體流量的測量大多采用了電磁流量計。國內的大中型造紙企業也已逐步完成了用電磁流量計替代傳統的差壓式流量計的更新過程，并積累了一定的實用經驗，且不斷對儀表提出新的使用要求。造紙行業對電磁流量計的需用量相當大，以年產量為35萬噸的造紙廠為例，其電磁流量計的使用量可達到400臺左右。另外，作為國策，嚴格環保法治勢在必行，造紙企業全面污水處理也需要一定數量的電磁流量計。以下是具體使用情況。

圖15.1是造紙生產流程圖。

圖15.1 1).備料制漿車間工藝流程

備料制漿過程需用電磁流量計大約在50～60臺。口徑根據工藝管道而定。

該車間的任務是把各種不同的原料分別制成漿料。電磁流量計在制漿過程中主要是測量水、堿、酸和打磨漿的流量。經過機械打或磨的漿料的溫度一般可達80℃。備料制漿過程根據所用材料可分為如下兩類：

(1).用木材或草料（如稻草、蘆葦、麥秸等）制漿: 制獎前要先將木草料進行蒸煮。蒸煮液由水和堿[氫氧化鈣Ca(OH)2或氫氧化鈉NaOH]配制而成，呈堿性。所以，這里對堿和蒸煮后的打磨漿進行流量測量的電磁流量計應選用分體型結構；襯里多選用耐高溫和腐蝕的聚四氟乙烯[PTFE（F4）]或其它氟塑料（資料顯示，造紙行業使用的電磁流量計，85%以上選用的是F4襯里，效果滿意）；電極應選用耐腐蝕性強的哈氏合金C（Hc）或鈦（Ti）等，切記不可選用鉭電極，因為鉭在堿中不耐腐蝕。測量酸性漿液要求不高時，電極材料可選耐酸鋼316SS。

(2).用廢紙制漿: 將廢紙打成漿后要進行洗滌漂白處理。當電磁流量計用于打漿后的加水流量測量時，大多用稍加處理的附近的江河水，雖水質較差，但無腐蝕性，可采用常規的橡膠襯里和不銹鋼電極（如316SS）。而用于脫墨劑流量測量時，由于常用的脫墨劑有氫氧化鈉（NaOH）、硅酸鈉（Na2SIO3）、過氧化鈉（Na2O2）或過氧化氫（即雙氧水）（H2O2），比較復雜，所以對電磁流量計襯里和電極材料的選用要慎重。襯里一 般都可選用F4或PFA；電極可參考以下文獻：《電磁流量計》[14]一書中推薦，測量過氧化鈉時，選用Hc較合理；上海橫河電機有限公司2004年4月《電磁流量計選型設計資料》介紹，測量硅酸鈉（100%）時，選用鉭較合理；測量過氧化氫（50%）時，選用鉭或鈦較適合；測量氫氧化鈉時選用Hc。由于介質種類繁多，其腐蝕性又受溫度、濃度、流速等復雜因素影響而變化，故以上對襯里和電極的選擇僅供參考。用戶應根據實際情況自己做出選擇，必要時應做擬選材料的耐腐試驗。

2).篩選漂白車間（即抄紙車間）工藝流程

篩選（即抄紙）和洗滌（即漂白）這兩個工段是造紙廠使用電磁流量計最多的，本例可達250臺左右。在漿液配比過程中的適用口徑一般為DN50～DN15 該工藝流程可分為兩部分:(1).配漿過程: 電磁流量計用于測量從各備料制漿車間流入抄紙車間各漿池和從各漿池流入配漿池的每個流量測量點的漿料的流量。此例共有以下五種漿料參與配漿過程：

A.化漿—由傳統“化漿生產線”生產的紙漿； B.脫墨漿—由廢紙脫墨工藝生產的紙漿;C.CTMP漿—用化學熱磨法生產的紙漿； D.機漿— E.損液獎—

這里，CTMP漿和機漿的溫度高達50-80℃，襯里材料可選用F4或 PFA。

各生產廠家為得到不同質量的紙張，在漿液配比過程中采用不同的漿液配比濃度，但往往由于一種漿料的細微超差而導致成品不合格,從而造成經濟損失。所以各生產廠對這一環節都非常重視，在每一根參加配比的管道中都裝有電磁流量計測量流入配漿總管的瞬時和總量流量，同時還在配漿管的下端裝有在線濃度計，以檢測配漿效果。若一旦發現預定的濃度有偏差，就立即調節閥門的開度以調整相應的漿料流量。這里不僅要求電磁流量計精確度高，同時要求具有良好的重復性和動態響應性能。

(2).篩選過程: 在配漿后的篩選（習慣稱抄紙）過程中，紙漿濃度常影響流量測量。經驗表明，當濃度大于3%的紙漿用低頻方波勵磁頻率（如25Hz）或雙頻勵磁，可以改善測量輸出的抖動現象。以DN300的電磁流量計測量濃度大于3.5%的瓦楞板紙為例,用常規的1/32工頻(約為1.56Hz,1工頻為50Hz)時，瞬時流量顯示的抖動量高達10.7%;當選用頻率可調的電磁流量計時,將其勵磁頻率改為1/2工頻(即25Hz)時,跳動量減少到1.9%，效果相當明顯。目前的“雙頻勵磁方式是日本橫河電機公司研究開發的一種高、低頻矩形波調制波的勵磁方式。所采用的勵磁頻率為：低頻是6.25Hz，它有助于提高零點的穩定性；高頻是75Hz，高頻勵磁大幅度降低了漿液對電極產生的極化電壓（測 量固、液雙相的漿液流體時，固體擦過電極表面所產生的漿液噪聲，即一種直流極化電壓），減弱了測量輸出的抖動，提高了測量的響應速度。因此，雙頻勵磁既有穩定的零點和高精度的測量的優點，又有很強的抗“漿液噪聲”能力，反應速度快等優點，是低頻矩形波勵磁和高頻勵磁的結合。”

“雙頻勵磁傳感器存在一個低頻系數和一個高頻系數兩個儀表系數，因此，轉換器調整時，求得兩個系數相對于一個儀表系數要麻煩一些。”“從上面的敘述可以看到，勵磁方式的研究對于電磁流量計的應用與發展顯得非常重要。隨著技術的進步，也許不久的將來還會有更先進、更完美的勵磁方式出現。”[ ] 在抄紙工序，由于配漿、抄紙過程中需要對冷卻水、明礬和化石粉等添加劑，須作流量控制監測，因此，是造紙廠中使用電磁流量計數量最多的，本例用量約達200臺左右。

為保證紙張的白度均勻細致，要添加不同的添加劑、分散劑和漂白劑。這些添液的流量小，腐蝕性強，所以襯里基本上都選用F4或PFA。由于造紙廠常用氧化性強的雙氧水作漂白劑，而雙氧水對金屬材料的腐蝕性特別強，出于防腐考慮，往往選用鉑銥合金（Pt）為電極材料，但實用情況表明，當過程壓力小于0.3MPa（3公斤）時，Pt電極會同雙癢水發生反應，而在電極表面形成一層氣霧，稱之為觸媒反應。這時輸出信號會產生很大波動。但選用鉭（Ta）電極就沒有上述問題。如果換用NaOH（堿）做漂白劑，就不能選用鉭電極，因為堿液會使鉭電極產生表面效應。實驗數據表明，即使鉭電極在測量一 般的水時，其零點的波動也要超過其它電極數十倍。

小口徑電磁流量計安裝時要特別注意同心度。本例中采用小口徑DN10的電磁流量計測量上述添加劑，均能獲得較理想的效果。在國外的造紙生產線上，這些場合也有部分選用科里奧利質量流量計的。

總之，電磁流量計在造紙行業的液體流量測量中占主導地位，襯里普遍選用F4，電極則根據液體性質而定。絕大多數的使用問題出現在初期的選型和安裝不當。如電極或襯里材料選擇失誤；流體不滿管；直管段長度不足；安裝時傳感器與管道（特別是小管道）的不同心度或密封墊圈進入流場等。這些問題常常是電磁流量計未能正常運行的主要因素。

15.2電磁流量計在氧化鋁行業的應用

氧化鋁的用途很廣，如牙膏、醫藥、陶瓷、各種鋁合金鋁型材等。我國是產鋁大國，具有大規模的氧化鋁生產企業和基地。目前，氧化鋁行業已成為國民經濟生產總植（GTP）中發展最快的行業之一。但隨著我國工業和城鄉建設的快速發展，國產氧化鋁仍供不應求，目前，國內需求量的30%需要進口，這給國內氧化鋁生產行業的發展留下了相當大的空間。近年來，我國新建的氧化鋁生產企業和擴建的氧化鋁生產線如雨后春筍。現知，僅山東的新建企業就有濱州的魏橋鋁電，設計生產能力為1000萬噸/年（分五期完成），現已完成一、二期共400萬噸/年的產能；聊城的信發華宇已建成240萬/噸的產能，又在廣西建了一個新廠；龍口南山集團。改擴建項目如：中國鋁業中州分公司投資12.92億元的30萬噸/年選礦拜爾法高新技術產業化示 范工程、山東分公司的60萬噸/年拜爾法改擴建工程。又如，中鋁河南分公司總投資十億元，采用國際先進的“選礦拜而法生產氧化鋁新工藝”項目等。

氧化鋁行業不但是一個高耗能、高污染、高產出的行業，而且流程長，工序多。因此，在配料監控、節能降耗、治污減排、回收循環利用等各個環節，都需要使用大量的流量計。其中，電磁流量計約占其中的50%左右。下面討論電磁流量計在氧化鋁行業的應用，特別是在漿液流量測量方面的選型和使用。

目前，氧化鋁的生產方法有三種：拜爾法、燒結法和混聯法。其中，混聯法是前兩種方法的混聯。所以，這里僅介紹電磁流量計在拜爾法和燒結法中的應用。

1).拜爾法

第二篇：非牛頓流體-中國流變網

流變學簡介

流變學是一門介于力學、化學、物理與工程科學之間的新興交叉學科,是物理學的一個分支，它主要研究材料在外界作用(應力、應變、溫度、電場、磁場、輻射等)下的變形和流動的科學。這里所說的材料既包括流體形態，也包括固體形態的物質。在常溫常壓下，物質可分為固體、液體和氣體三種狀態；特殊情況下，還有等離子態和超固態。氣體和液體又合稱為流體。

從力學分析的角度，通常認為流體與固體的主要差別，在于它們對于外力的抵抗能力不同。固體有能力抵抗一定大小的拉力、壓力和剪切力。當外力作用在固體上時，固體將產生一定程度的相應變形。固體靜止時，可以有法向應力和切向應力。而流體在靜止時，則不能承受切向應力，微小的剪切刀將使流體產生連續不斷的變形。只有當剪切力停止作用時，流體的變形方會停止。流體這種在外力作用下連續不斷變形的宏觀性質，通常稱為流動性。

虎克彈性固體力學

一般認為，英國物理學家虎克于1678年首先提出了，在小變形情況下，固體的變形與所受的外力成正比。這一彈性體變形與應力關系的基本規律，后來稱為虎克定律。

牛頓流體力學

英國科學家牛頓在1687年最先提出了流體的應力和應變率成正比，后來將此稱為牛頓黏性定律，并將符合這一規律的流體稱為牛頓流體，其中包括最常見的流體—水和空氣，而將不符合這一規律的流體稱為非牛頓流體。

上述兩定律是在17世紀發表的，但直到19世紀末才由柯西、納維、斯托克斯等人推廣到三維變形和流動，并為科學界廣泛接受。從那以后，虎克彈性固體力學和牛頓流體力學隨著它在許多工程分支學科中的應用，而得到巨大的發展。但是流變學通常并不包括對上述兩種情況的研究，流變學要研究更加復雜的材料。

流變學的誕生

1928年雷納應邀從巴勒斯坦到美國訪問，與印地安納州Lafayette學院的賓漢（Bingham E C 1878～1945）教授一起工作。賓漢對雷納說，我（一個化學家）和你（一個土木工程師），一起工作解決共同的問題，隨著膠體化學的發展，這種工作方式將會變得很平常，因此需要建立一個物理學科的分支來處理這類問題。雷納告訴賓漢，這樣的分支是存在的，并且作為連續介質力學而被人們所認識。賓漢認為這樣做不好，會嚇跑化學家，需要給它起一個新的名字。

賓漢請教了一位擔任古典文學教授的同事，根據公元前6世紀古希臘哲學家赫拉克利特（Heraclitus）“一切皆流”的說法，提出了“流變學”（Rheology）這個名字。Rheo一詞來源于希臘語Rheos（流動）之意。Rheology的中文譯名沒有簡單地譯成流動學，而是創造性地譯成流變學，既有流動，又有變形。

賓漢于1928年在美國提議成立了流變學會（Rheological Society），研究材料的變形和流動。1929年召開了流變學會的第一次會議，并創辦了《流變學雜志》。

這個流變學雜志，在1933年后曾停止出版；1957年作為《Transactions of Society of Rheology》重新出版；1978年又恢復其最初的名字《流變學雜志》（Journal of Rheology）。

賓漢是流變學的奠基人。他研究了懸膠、油漆、水泥等一些材料的流變特性，寫了一系列論文，特別是在1919年和H.格林聯合發表的論文“油漆是一種塑性材料而不是黏性流體”，該文指出，油漆在剪切應力較小時，剪切應變率為零（或不發生流動），只有在剪切應力超達過臨界值（即屈服應力）時，才發生流動，這時應變率和應力與屈服應力之差成正比。后來人們將具有這種流變規律或本構關系的材料或物質，稱為黏塑性材料或賓漢塑性材料（簡稱賓漢體）。Eg:除油漆外，石膏、懸膠、面粉團，水泥砂漿等均可作為賓漢體來處理。圣維南的塑性流動材料和牛頓流體，均可作為賓漢體的特殊情況，前者的流動速度為零，后者的屈服應力為零。

直到第二次世界大戰爆發以前，美國流變學會仍是世界上唯一的流變學會。1939年，荷蘭皇家科學院成立了以J.M.伯格斯為首的流變學小組。1940年，英國成立了流變學家俱樂部。

1945年12月國際科學聯合會（International Council of Scientific Unions）組織了一個流變學委員會。1947年在馮卡門主席的主持下舉行了第一次會議，代表們來自物理、化學、生物科學、大地測量、空氣物理、理論和應用力學的國際聯合會。委員會的職能是：對流變學的專門名詞進行命名；對流變學的論文進行摘要；組織國際流變學會議等。1968年前，國際流變學會議每5年舉行一次。1968年以后，每4年舉行一次。第15屆國際流變學會議是2008年8月在美國舉行的。

1973年國際流變學委員會被接納為國際純粹和應用化學聯合會的分支機構。1974年國際流變學專業委員會被接納為國際理論和應用力學聯合會的分支機構。

流變學的研究對象

流動的固體—流變學的研究對象之一

流動的固體，是指彈性形變與黏性流動同時存在的物體。“彈性形變”是指短暫的、能恢復原狀的形變。而“黏性流動”是指持續的、不能恢復原狀的形變，它也被稱為“流變”。過去一般談固體時，是指只有彈性形變的物體；談到流體時，是指只有黏性流動的流體。實際上，同時具有這兩種性質的物體是很多的。用鋼棒和瀝青棒作如下的實驗：將鋼捧放在兩支點上，棒的正中間放一重物，此時鋼棒彎了；當重物取走時，彎曲了的鋼棒能完全恢復原狀如下圖a。鋼棒此時是彈性形變。將瀝青棒放到兩支點上，如下圖b那樣，中間也放一重物。重物放置一段時間后取走，瀝青捧稍恢復了一點，但并沒恢復原狀，還是彎的。這里的瀝青棒，除有彈性形變外，己有了流變。如在瀝青棒中間用手快速按一下，抬起手后，它能恢復原狀，表現出很好的彈性。但若手按下較長時間再抬起，就己不能恢復原狀。同是一根瀝青捧，迅速按一下，它是彈性體；較長時間地按，又顯現有流體的性質。

實際上很多物體，當外力作用的時間小于某一時間時，物體表現出彈性；當外力作用的時間大于這一時間，物體就會流變。這個時間就叫做物體的“緩和時間”。“緩和時間”是一個時間閾值，當外力作用時間超過此閾值時，物體的彈性就會“緩和”而產生流變。彈性體與流體之所以不同，也可認為只是其緩和時間不同而已。緩和時間無限長的物體，是理想的彈性體；緩和時間等于零的物體是理想的流體。具有彈性和黏性混合性質的物體，其緩和時間既不為零，也不是無窮大，它們就是可流動的固體，或者是有彈性的流體。

固體表現出流動的性質，除了外力作用時間的因素外，還有溫度的因素。當溫度不斷升高時，大部分物體都會要流變，表現出流體的性質。

現代工業需要耐高溫、耐蠕變的高質量的金屬、合金、陶瓷和高強度的聚合物，因此與固體蠕變斷裂有關的流變學分支會迅速發展起來。核工業中核反應堆和粒子加速器的發展，也為研究幅射產生的流變打開了新的領域。

在地球科學中，人們很早就知道時間過程這一重要因素。當觀察地質斷面時，可以看到巖石有皺紋的褶曲結構，這是巖石在流動的證據。在幾億年的地質年代里，巖層受著橫向的力而流變成褶曲形狀。在江西廬山蘆林橋附近，有一處“第四紀冰川遺跡”,己立碑成為向旅游者展示巖石也在流動的景點。有人曾測量計算過冰川的黏性，大約是混凝土的100萬倍；而混凝土的黏性，大約是水的100億倍。可見無論冰川是多么“黏”，多么難于流動，經過了幾千年、幾萬年，終究還是在慢慢地向下流動著。流變學為研究上地殼中有趣的地球物理現象（如冰川期以后的上升、層狀巖層的褶皺、造山作用、地震成因以及成礦作用等）提供了物理-數學工具。對于地球內部的過程，如巖漿活動、地幔熱對流等，也可利用高溫、高壓巖石流變試驗來模擬，從而推動了地球動力學的研究。

自然界中整個地質年代里的蠕變，巖石的流動尚在繼續中

非牛頓流體—流變學的研究對象之二

非牛頓流體是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體，即其剪應力與剪切應變率之間不是線性關系的流體。非牛頓流體廣泛存在于生活、生產和大自然之中。

絕大多數生物流體都屬于現在所定義的非牛頓流體。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體。

近幾十年以來，促使非牛頓流體研究迅速發展的主要動力之一，是聚合物工業的發展。絕大多數聚合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酰、尼龍

6、PVS、賽璐珞、滌綸、橡膠溶液、各種工程塑料、化纖的熔體、溶液等，都是非牛頓流體。

石油、泥漿、水煤漿、陶瓷漿、紙漿、磁漿、油漆、油墨、牙膏、泡沫、液晶、泥石流、地幔、家蠶絲再生溶液、鉆井用的洗井液和完井液、感光材料的涂液、高含沙水流等都是非牛頓流體。

在食品工業中，蛋清、煉乳、瓊脂、果醬、醬油、土豆漿、番茄汁、淀粉液、蘋果漿、濃菜湯、糖稀、熔化巧克力、面團、米粉團以及魚糜、肉糜等各種糜狀食品物料，也都是非牛頓流體。

總之，在日常生活和工業生產中常遇到的各種高分子溶液、熔體、膏體、凝膠、交聯體系、懸浮體系等復雜性質的流體，差不多都是非牛頓流體。有時為了工業生產的目的，在某種牛頓流體中，加入一些聚合物，在改進其性能的同時，也將其變成為非牛頓流體，如為提高石油產量使用的壓裂液、新型潤滑劑等。

現在也有人將血液、果漿、蛋清、奶油等這些非常黏稠的流體，牙膏、石油、泥漿、油漆、各種聚合物（聚乙烯、尼龍、滌綸、橡膠等）溶液等非牛頓流體，稱為軟物質。非牛頓流體有許多奇妙的特性，如射流脹大、無管虹吸、剪切變稀、拔絲、湍流減阻等，其中有一個使人感興趣的特性，就是部分非牛頓流體具有彈性，亦稱為黏彈性流體。當旋轉桿插入黏彈性流體時，流體將沿桿向上爬，液面呈凸形。

中國的流變學研究

中國最早從事流變學研究工作的可能是地質力學家。第一本翻譯成中文的流變學書籍，是雷納的《理論流變學講義》，是由中國科學院巖體土力學研究所的6位研究人員于1965年合譯出版的。

1978年制定全國力學發展規劃時，認為流變學是必須重視和加強的薄弱領域。

國內流變會議

1985年中國力學學會與中國化學會聯合成立了流變學專業委員會，并在湖南長沙召開了第一屆全國流變學學術會議。經中國科學技術協會批準，中國流變學專業委員會對外稱為“中國流變學會”，第一屆的主任委員是北京大學教授、英藉華人科學家陳文芳。第一屆全國流變學會議有來自高等院校、研究和生產部門的178位代表參加，提交了125篇研究論文。會后由學術期刊出版社出版了《流變學進展─中國化學會、中國力學學會第一屆全國流變學會議論文集》，收入115篇論文，按內容分別列為專題評論、非牛頓流體力學、聚合物熔體、聚合物溶液、黏彈性和固體力學、分散體系、生物醫學物質、聚合物加工、流變測量法等9章，反映了當時中國流變學研究的狀況。

1987年在成都召開了第二屆全國流變學會議，并開始使用中國流變學會的會徽。

1990年在上海，1993年在廣州，1996年在北京，1999年在武漢，2002年在廊坊，2006年在濟南，2008年在長沙，分別召開了第3至9屆全國流變學會議，每屆會議均正式出版了會議論文集。

1995年在上海、1997年在西安、2000年在合肥召開的電-磁流變學全國會議。

國內召開的國際流變會議

1991年10月,在北京還召開了“中日國際流變學學術會議”。

1997年9月,受國際理論與應用力學聯合會（IUTAM）委托，在北京召開了“帶缺陷物體流變學科學研討會”。

2005年,在上海召開了第四屆泛太平洋地區國際流變學學術會議（PRCR4）。這三次國際會議也都出版了論文集。

從這段流變學產生的簡史可以看出，流變學從一開始就是由于工程實際的需要，從連續介質力學和膠體化學的邊緣上生長出來的新興交叉學科，它不但從一開始就溝通了力學和化學這兩個一級學科，而且在力學中也溝通了流體力學和固體力學這兩個二級學科。

流變學是溝通流體力學和固體力學的學科

反映物質或材料物理性質之間的關系式，統稱為本構方程（或本構關系或狀態方程）。在固體力學中，本構方程一般專指應力張量與應變張量之間的關系。在流體力學中，本構方程是指應力張量與應變率張量之間的關系。

固體流變學

對于固體，人們已認識到同時體現彈性形變和黏性流變的材料，是黏彈性材料。材料的黏彈性又可分為線性和非線性兩大類。若材料兼有塑性和黏性的性質，則稱為黏塑性材料，對于聚合物和一定條件下的金屬往往需要考慮其黏塑性。當應力達到一定值時，黏彈性材料呈塑性變形，或物體在彈性變形過程和塑性階段均具有黏性效應，則稱這種材料為黏彈塑性材料。許多作者己在研究工作中討論和使用黏彈性、黏塑性和黏彈塑性的本構方程，這實際上己突破經典的固體力學本構關系，進入了固體流變學的領域。

在固體力學研究中，因要深入研究材料的破壞機理，還要類似流體力學，對固體材料考慮應變率，研究其動力學過程。

流體流變學

流體力學的研究內容，在20世紀中期之后已有了很大的轉變。在石油、化工、能源、材料、生物工程和環保等領域所遇到的流體，已常是非牛頓流體。由于非牛頓流體涉及許多工業生產部門的工藝、設備、效率和產品質量，也涉及人本身的生活和健康，所以越來越受到力學工作者的重視。

流變學是力學在20世紀與化學、物理、工程科學交叉發展的新興學科。中國許多力學工作者的工作實際上己涉足流變學的研究領域，但由對流變學缺乏了解，而又未意識到，因此也就未能從與工程科學密切聯系又正蓬勃發展的流變學中吸取營養。力學發展的關鍵之一，在于與各個學科及工程領域相結合，流變學正是這樣一個有生命力的重要研究領域。[參考文獻] 1.王 振 東,1999年11月在武漢華中科技大學召開的第六屆全國流變學學術會議上的大會報告，后發表于《力學與實踐》2001年23卷4期

2.中國流變網論壇

第三篇：科普作文：非牛頓流體

科普作文：非牛頓流體

非牛頓流體

了一種神奇的液體，這令我又驚訝有開心。

這種液體叫“非牛頓流體”，這種液體是由淀粉，水，硬質小球，兩容器，一表面光滑的長棍，一中空導管，還有一碟一碗一杯一筷子所制造出來的。非牛頓流體力學是由流變學發展起來的研究非牛頓流體應力和應變的關系和非牛頓流體流動問題的分支學科。非牛頓流體是剪應力和剪切變形速率之間不滿足線性關系的流體。是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體，即其剪應力與剪切應變率之間不是線性關系的流體。非牛頓流體廣泛存在于生活、生產和大自然之中。絕大多數生>物流體都屬于現在所定義的非牛頓流體。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體。

簡單來說，如果對它的壓力大，就會立刻變成固體；你對它的壓力小，就會變成液體。我們通過一個實驗來證明我陳述的：把 一根棒球棍立在一個裝滿非牛頓流體的池子里，要把棒球棍拿起來必須輕輕地拿，否則的話就會像爬山虎一樣纏著棒球棍。

另一個實驗是保護雞蛋。把非牛頓流體裝在一個袋子里，里面再裝一個雞蛋，然后從一個四米高的高臺上扔到地上，雞蛋竟然沒有碎，這是為什么呢？因為從地上扔下來的那一霎那，非牛頓流體變成固體，由此保護著雞蛋，神奇吧！

第四篇：非牛頓流體及其奇妙特性

非牛頓流體及其奇妙特性

王 振 東

現在去醫院作血液測試的項目之一，己不再是“血黏度檢查”，而是“血液流變學撿查”（簡稱血流變），為什么會有這樣的變化呢？這就要從非牛頓流體談起。

斯托克斯1845年在牛頓這一實驗定律的基礎上，作了應力張量是應變率張量的線性函數、流體各向同性及流體靜止時應變率為零的三項假設，從而導出了廣泛應用于流體力學研究的線性本構方程，以及被廣泛應用的納維-斯托克斯方程（簡稱：納斯方程）。

后來人們在進一步的研究中知道，牛頓黏性實驗定律（以及在此基礎上建立的納斯方程），對于描述像水和空氣這樣低分子量的簡單流體是適合的，而對描述具有高分子量的流體就不合適了，那時剪應力與剪切應變率之間己不再滿足線性關系。

為區別起見，人們將剪應力與剪切應變率之間滿足線性關系的流體稱為牛頓流體，而把不滿足線性關系的流體稱為非牛頓流體。因為對血液而言，剪應力與剪切應變率之間己不再是線性關系，己無法只測一個點，給出斜率（即黏度）來說明血液的力學特性，只好作血流變學測試，測三個點，給出剪應力與剪切應變率之間的非線性曲線關系。

形形色色的非牛頓流體

早在人類出現之前，非牛頓流體就己存在，因為絕大多數生物流體都屬于現在所定義的非牛頓流體。人身上的血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質那樣的“半流體”，都屬于非牛頓流體。

近幾十年來，促使非牛頓流體研究迅速開展的主要動力之一，是聚合物工業的發展。聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、尼龍

6、PVS、賽璐珞、滌綸、橡膠溶液、各種工程塑料、化纖的熔體、溶液等，都是非牛頓流體。

石油、泥漿、水煤漿、陶瓷漿、紙漿、油漆、油墨、牙膏、家蠶絲再生溶液、鉆井用的洗井液和完井液、磁漿、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛頓流體。

非牛頓流體在食品工業中也很普遍，如番茄汁、淀粉液、蛋清、蘋果漿、菜湯、濃糖水、醬油、果醬、煉乳、瓊脂、土豆漿、熔化巧克力、面團、米粉團、以及魚糜、肉糜等各種糜狀食品物料。

綜上所述，在日常生活和工業生產中，常遇到的各種高分子溶液、熔體、膏體、凝膠、交聯體系、懸浮體系等復雜性質的流體，差不多都是非牛頓流體。有時為了工業生產的目的，在某種牛頓流體中，加入一些聚合物，在改進其性能的同時，也將其變成為非牛頓流體，如為提高石油產量使用的壓裂液、新型潤滑劑等。

現在也有人將血液、果漿、蛋清、奶油等這些非常黏稠的液體，牙膏、石油、泥漿、油漆、各種聚合物（聚乙烯、尼龍、滌綸、橡膠等）溶液等非牛頓流體，稱為軟物質。

非牛頓流體的奇妙特性及應用

射流脹大

如果非牛頓流體被迫從一個大容器，流進一根毛細管，再從毛細管流出時，可發現射流的直徑比毛細管的直徑大。射流的直徑與毛細管直徑之比，稱為模片脹大率（或稱為擠出物脹大比）。對牛頓流體，它依賴于雷諾數，其值約在0.88～1.12之間。而對于高分子熔體或濃溶液，其值大得多，甚至可超過10。一般來說，模片脹大率是流動速率與毛細管長度的函數。

模片脹大現象，在口模設計中十分重要。聚合物熔體從一根矩形截面的管口流出時，管截面長邊處的脹大，比短邊處的脹大更加顯著。尤其在管截面的長邊中央脹得最大。因此，如果要求生產出的產品的截面是矩形的，口模的形狀就不能是矩形，而必須是四邊中間都凹進去的形狀。

這種射流脹大現象，也叫Barus效應，或Merrington效應。

奶酪生產情景：奶酪從管中流出后馬上脹大

爬桿效應

1944年Weissenberg在英國倫敦帝國學院，公開表演了一個有趣的實驗：在一只盛有黏彈性流體（非牛頓流體的一種）的燒杯里，旋轉實驗桿。對于牛頓流體，由于離心力的作用，液面將呈凹形；而對于黏彈性流體，卻向杯中心流動，并沿桿向上爬，液面變成凸形，甚至在實驗桿旋轉速度很低時，也可以觀察到這一現象。

爬桿效應也稱為Weissenberg效應。在設計混合器時，必須考慮爬桿效應的影響。同樣，在設計非牛頓流體的輸運泵時，也應考慮和利用這一效應。

爬桿效應實驗：左為牛頓流體，右為黏彈性流體

無管虹吸

對于牛頓流體來說，在虹吸實驗時，如果將虹吸管提離液面，虹吸馬上就會停止。但對高分子液體，如聚異丁烯的汽油溶液和百分之一的POX水溶液，或聚醣在水中的輕微凝肢體系等，都很容易表演無管虹吸實驗。將管子慢慢地從容器撥起時，可以看到雖然管子己不再插在液體里，液體仍源源不斷地從杯中抽出，繼續流進管里。甚至更簡單些，連虹吸管都不要，將裝滿該液體的燒杯微傾，使液體流下，該過程一旦開始，就不會中止，直到杯中液體都流光。這種無管虹吸的特性，是合成纖維具備可紡性的基礎。

無管缸吸：對于化纖生產有重要意義

湍流減阻

非牛頓流體顯示出的另一奇妙性質，是湍流減阻。人們觀察到，如果在牛頓流體中加入少量聚合物，則在給定的速率下，可以看到顯著的壓差降。湍流一直是困擾理論物理和流體力學界未解決的難題。然而在牛頓流體中加入少量高聚物添加劑，卻出現了減阻效應。有人報告：在加入高聚物添加劑后，測得猝發周期加大了，認為是高分子鏈的作用。

湍流減阻

減阻效應也稱為Toms效應，雖然其道理尚未弄得很清楚，卻己有不錯的應用。在消防水中添加少量聚乙烯氧化物，可使消防車龍頭噴出的水的揚程提高一倍以上。應用高聚物添加劑，還能改善氣蝕發生過程及其破壞作用。

湍流減阻：在同樣動力下兩幅消防水龍頭噴水圖 上圖為未添加聚乙烯氧化物的情形 下圖為添加聚乙烯氧化物后的情形

非牛頓流體除具有以上幾種有趣的性質外，還有其他一些受到人們重視的奇妙特性，如拔絲性（能拉伸成極細的細絲，可見“春蠶到死絲方盡”一文），剪切變稀（可見“腱鞘囊腫治愈記”一文），連滴效應（其自由射流形成的小滴之間有液流小桿相連），液流反彈等。

由于非牛頓流體涉及許多工業生產部門的工藝、設備、效率和產品質量，也涉及人本身的生活和健康，所以越來越受到科學工作者的重視。1996年8月在日本京都國際會議中心，召開的第19屆國際理論與應用力學大會（IUTAM）上，非牛頓流體流動是大會的6個重點主題之一，也是流體力學方面參與最踴躍的主題。Grochet邀請報告的觀點是，高分子溶液和熔體的特性遠異于牛頓流體，并認為對這些異常特性的研究，都是帶有挑戰性的課題。

（原刊登于《力學與實踐》1998年20卷1期）

第五篇：電磁技術在石油勘探開發中的應用

電磁技術在石油勘探和開發中的應用

高國忠博士今天上午在地質樓525會議室，給我們做了一個非常精彩的講座，作為石油大學的老學長，其幽默的談吐讓我們倍感親切。同時，其豐富的工作經驗和學術功底給了我們很多啟發和感悟。

電磁技術在石油勘探和開發中有著廣泛的應用。在地球物理勘探中，有“重、磁、電、震”四種主要的方法。其中“電”，就包含電磁技術。通過人工或天然電場來獲得大地電阻率，進而來評價地下構造。在地球物理測井中，有廣為人知的電磁波傳播測井，通過人工向地層發射電磁波，分析接收到的信號，測量電磁波的幅值和相位，來進行地層評價，可以評價地層厚度，尋找油氣層。電磁波傳播測井所用頻率很高，探測深度很淺，是該種方法的弊端。

電磁技術還可以被應用在隨鉆測量中，眾所周知，隨鉆測量實時從地下向地面傳輸信號，電磁波可以攜帶信息，又地下向地面傳輸。但面臨的問題是，電磁波在地層傳播過程中衰減十分嚴重，對于信號的損失也較為嚴重。我認為，可以再后續的信號處理中，尋求合適的算法進行數據重構，重新得到想要的信息。

井間電磁成像測井是當代地球物理應用技術發展的重要前沿，也是一項極具挑戰性的重大研究課題。其能夠提供井間電阻率的二維乃至三維圖像，為油田勘探、開發提供一種有效實用的技術手段。可以用于研究井間油藏的構造形態、儲層展布情況；描述油氣富集區及井間的流體分布；檢測油田開發動態，指示水驅、蒸汽驅和聚合物驅的波及前沿和方向，分析井間剩余油分布。

井間電磁技術基本方法是將反射器和接收器分別置于鄰近的兩口井中，發射器此阿勇磁偶極子源，工作頻率10Hz-10KHz，接收器接收由發射器激發并經地層傳播的電磁波，反演后獲得井間地層電阻率的分布圖像。成像處理，是在假定地層基本滿足軸對稱的條件下進行的，這時可把地層電阻率的空間分布簡化為二維子午面上的分布。由于接收器的響應是二維子午面上電阻率泛函，如果把子午面“離散化”，即吧子午面分為許多方格，并假定每個像素的電阻率各為一固定值，響應則為各個像素數值的電阻率都相等時，其響應方程才可描述。測量過程中，以一定的深度間隔固定接收器的位置，發射器以連續測量的方式進行采樣，這樣可以得到數量眾多的響應方程。通過反演求解方程的未知數，達到求解各像素電阻率值得目的。

井間電磁技術有兩個人們比較關注的問題，一是如何提高分辨率，影響分辨率的因素主要頻率頻；二是如何減小金屬套管對電磁信號的強烈衰減和相移作用。對于第二個問題，可以在套管材質上進行創新，發展一種非金屬套管來代替當前的金屬套管，此種方法正在試驗中，已經取得階段性成果。