非牛顿流体广泛存在于生活当中除了水和空气,其他存在于厨房之中的流体几乎都是非牛顿流体例如各种酱料,牛奶面团,果冻牙膏,胶水。。
首先我们需要了解什么是牛顿流体。所谓牛顿流体就是符合牛顿粘性定律的流体:流体中的剪切应力等于粘性乘以速度的剪切速率,用公式表达即为:
非牛顿流体则是不满足牛顿粘性定律的流体:或者粘喥不为常数,或者干脆不符合这个“梯度正比”定律第一种情况十分简单,粘度可以随切变速率的改变而改变:shear thinning切变速率越大粘度越尛(例如番茄酱——挤得快更“划算”),shear thickening切变速率越大粘度越大(例如防弹衣、淀粉溶液,请搜索walking on pool of cornstarch in
第二种情况是当前研究的热点问题而且分类方式仍然不是很系统。这种类型的非牛顿流体常常具有时间相关性也就是说某个时刻的应力会与该流体在该时间前的历史相關。某些触变性流体会在流动过程中发生结构变化从而在恒定条件下逐渐随时间改变粘度。当然严格地说任何流体在切变中都会发生結构改变,但是非牛顿流体则是由于这种微观结构改变的时间尺度足够长可以被人所观察到,从而展现出丰富的性质
回到正题,有一類特殊的非牛顿流体称为Bingham流体它们在一定应力下才会流动,小于某临界应力(yielding stress)不会流动速度为零(牙膏:不挤不出来)。还有一些非牛顿流体具有粘弹性也就是说既有粘性又有弹性,比如胶水、果冻它们的应力不仅与速度有关,也与形变有关就像一个弹簧一样,拉拽之后还会恢复原来的形状这是牛顿流体不可能做到的事情。线形的粘弹性可以使用粘度和弹性模量两个参数来描述可理解为弹簧和流体的“叠加”。更复杂的非牛顿流体具有非线性的粘弹性则十分复杂虽然有大量实验/模拟数据的堆叠,但迄今还没有见到过令人滿意的统一理论(---有待编辑---)
此外,非牛顿流体还可能具有法向应力各向异性的特点可以搜索爬杆效应/Weissenberg effect。也就是说单纯的切变可以产苼各向压强的变化
---机场打字,持续更新中---
小伙为了测试非牛顿流体的非牛頓流体硬度极限竟然把汽车都用上了,这结果真是震惊了