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Nicht-Newtonsche Fluiddefinition

1930
Wissenschaftler, die in einem Labor mit der Viskosität von Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten experimentieren.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

A non-Newtonian fluid is one whose Viskosität 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 Scherverdünnung (Die Viskosität nimmt mit zunehmender Belastung ab) oder Scherverdickung (Die Viskosität nimmt mit der Belastung zu).

Der grundlegende Unterschied zwischen newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten liegt in ihrer Reaktion auf Scherung. Bei einer Newtonschen Flüssigkeit ist die Beziehung linear und wird durch das Newtonsche Gesetz der Viskosität definiert: [latex]\tau = \mu \dot{\gamma}[/latex], wobei [latex]\mu[/latex] der konstante Viskositätskoeffizient ist. Bei nicht-newtonschen Flüssigkeiten ist diese Beziehung nichtlinear und kann zeitabhängig sein. Die scheinbare Viskosität, definiert als [latex]\eta = \tau / \dot{\gamma}[/latex], ist keine Konstante, sondern eine Funktion der Scherrate selbst, [latex]\eta(\dot{\gamma})[/latex].

Dieses Verhalten ist auf die interne Mikrostruktur der Flüssigkeit zurückzuführen, wie z. B. lange Polymerketten, Schwebeteilchen oder Emulsionen. Wenn eine Scherkraft einwirkt, können sich diese Mikrostrukturen ausrichten, verformen oder neu anordnen, wodurch sich der Strömungswiderstand der Flüssigkeit ändert. In einer Polymerlösung (einer scherverdünnenden Flüssigkeit) beispielsweise entwirren sich die wahllos aufgerollten Polymerketten und richten sich unter starker Scherung in Strömungsrichtung aus, wodurch die innere Reibung und damit die Viskosität verringert wird. Umgekehrt können sich in einer konzentrierten Suspension wie Maisstärke in Wasser (einer scherverdickenden Flüssigkeit) die Teilchen bei starker Scherung zusammenballen, was die Viskosität drastisch erhöht.

Die Untersuchung dieses komplexen Fließverhaltens wird als Rheologie bezeichnet. Das Verständnis der nicht-newtonschen Eigenschaften einer Flüssigkeit ist in vielen industriellen Prozessen - vom Pumpen und Mischen bis hin zum Beschichten und Formen - von entscheidender Bedeutung, da die Verarbeitungsbedingungen das Verhalten des Materials direkt beeinflussen.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mechanik

Typ

Abstraktes System

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Isaac Newtons Gesetz der Viskosität (1687)
  • Studien zu Kolloiden und Suspensionen von Thomas Graham (1860er Jahre)
  • Entwicklung von Viskosimetrietechniken
  • Frühe Beobachtungen von anomalem Fließen in Materialien wie Tonschlämmen und Farben

Anwendungen

  • Lebensmittelverarbeitung (zB Ketchup, Mayonnaise)
  • Kosmetika (z. B. Cremes, Nagellack)
  • Bohrschlämme in der Ölindustrie
  • flüssige Körperpanzerung
  • Farbenherstellung

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandte Themen: Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten, Viskosität, Schubspannung, Scherrate, Rheologie, Fluiddynamik, Scherverdünnung, Scherverdickung.

Historischer Kontext

Nicht-Newtonsche Fluiddefinition

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1925
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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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