A non-Newtonian fluid is one whose viscosity changes under an applied shear stress. Unlike a Newtonian fluid where viscosity is constant, its flow properties are not described by a linear relationship between shear stress ([latex]\tau[/latex]) and shear rate ([latex]\dot{gamma}[/latex]). This dependency can manifest as shear-thinning (viscosity decreases with stress) or shear-thickening (viscosity increases with stress).
Non-Newtonian Fluid Definition
The fundamental difference between Newtonian and non-Newtonian fluids lies in their response to shear. For a Newtonian fluid, the relationship is linear, defined by Newton’s law of viscosity: [latex]\tau = \mu \dot{gamma}[/latex], where [latex]\mu[/latex] is the constant coefficient of viscosity. For non-Newtonian fluids, this relationship is non-linear and can be time-dependent. The apparent viscosity, defined as [latex]\eta = \tau / \dot{gamma}[/latex], is not a constant but a function of the shear rate itself, [latex]\eta(\dot{gamma})[/latex].
This behavior arises from the fluid’s internal microstructure, such as long polymer chains, suspended particles, or emulsions. When a shear force is applied, these microstructures can align, deform, or rearrange, altering the fluid’s resistance to flow. For example, in a polymer solution (a shear-thinning fluid), the randomly coiled polymer chains untangle and align with the flow direction under high shear, reducing internal friction and thus viscosity. Conversely, in a concentrated suspension like cornstarch in water (a shear-thickening fluid), the particles may jam together under high shear, drastically increasing viscosity.
The study of these complex flow behaviors is called rheology. Understanding a fluid’s non-Newtonian properties is critical in many industrial processes, from pumping and mixing to طلاء and molding, as the processing conditions directly influence the material’s behavior.
النوع
Disruption
الاستخدام
Precursors
- Isaac Newton’s law of viscosity (1687)
- Studies on colloids and suspensions by Thomas Graham (1860s)
- Development of viscometry techniques
- Early observations of anomalous flow in materials like clay slurries and paints
التطبيقات
- food processing (e.g., ketchup, mayonnaise)
- cosmetics (e.g., creams, nail polish)
- drilling muds in the oil industry
- liquid body armor
- paint التصنيع
براءات الاختراع:
Potential Innovations Ideas
!!مستويات !!! العضوية مطلوبة
يجب أن تكون عضوًا !!! مستويات!!! للوصول إلى هذا المحتوى.
متاح للتحديات الجديدة
مهندس ميكانيكي، مدير مشروع أو بحث وتطوير
متاح لتحدي جديد في غضون مهلة قصيرة.
تواصل معي على LinkedIn
تكامل الإلكترونيات المعدنية والبلاستيكية، التصميم حسب التكلفة، ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، بيئة العمل، الأجهزة والمواد الاستهلاكية متوسطة إلى عالية الحجم، الصناعات الخاضعة للتنظيم، شهادات CE وFDA، التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، Solidworks، الحزام الأسود Lean Sigma، شهادة ISO 13485 الطبية
احصل على جميع المقالات الجديدة
مجاني، لا يوجد بريد عشوائي، ولا يتم توزيع البريد الإلكتروني ولا إعادة بيعه
أو يمكنك الحصول على عضويتك الكاملة -مجانًا- للوصول إلى جميع المحتويات المحظورة >هنا<
Related Invention, Innovation & Technical Principles