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Définition du fluide non newtonien

1930
Scientifique expérimentant la viscosité d'un fluide non newtonien en laboratoire.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Un fluide non newtonien est un fluide dont la viscosité change sous l'effet d'une contrainte de cisaillement appliquée. Contrairement à un fluide newtonien dont la viscosité est constante, ses propriétés d'écoulement ne sont pas décrites par une relation linéaire entre la contrainte de cisaillement ([latex]\tau[/latex]) et le taux de cisaillement ([latex]\dot{\gamma}[/latex]). Cette dépendance peut se manifester comme suit cisaillement (la viscosité diminue avec la contrainte) ou épaississement par cisaillement (la viscosité augmente avec la contrainte).

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 viscosité: [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].

Ce comportement est dû à la microstructure interne du fluide, telle que les longues chaînes de polymères, les particules en suspension ou les émulsions. Lorsqu'une force de cisaillement est appliquée, ces microstructures peuvent s'aligner, se déformer ou se réarranger, ce qui modifie la résistance du fluide à l'écoulement. Par exemple, dans une solution de polymère (un fluide qui s'amincit sous l'effet du cisaillement), les chaînes de polymère enroulées de manière aléatoire se démêlent et s'alignent dans le sens de l'écoulement sous l'effet d'un cisaillement élevé, ce qui réduit la friction interne et donc la viscosité. Inversement, dans une suspension concentrée comme l'amidon de maïs dans l'eau (un fluide épaississant par cisaillement), les particules peuvent s'agglutiner sous l'effet d'un cisaillement élevé, ce qui augmente considérablement la viscosité.

L'étude de ces comportements d'écoulement complexes est appelée rhéologie. La compréhension des propriétés non newtoniennes d'un fluide est essentielle dans de nombreux processus industriels, depuis le pompage et le mélange jusqu'à l'extraction et l'utilisation de l'énergie. revêtement et le moulage, car les conditions de traitement influencent directement le comportement du matériau.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Loi de la viscosité d'Isaac Newton (1687)
  • Études sur les colloïdes et les suspensions par Thomas Graham (années 1860)
  • Développement de techniques de viscométrie
  • Premières observations d'écoulements anormaux dans des matériaux tels que les boues d'argile et les peintures

Applications

  • transformation des aliments (par exemple, ketchup, mayonnaise)
  • cosmétiques (par exemple, crèmes, vernis à ongles)
  • boues de forage dans l'industrie pétrolière
  • gilet pare-balles liquide
  • fabrication de peinture

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • revêtements routiers auto-réparateurs qui s'épaississent lors de l'impact pour combler les fissures
  • amortisseurs hydrauliques adaptatifs pour véhicules qui se rigidifient en fonction des conditions de la route
  • encres intelligentes pour l'impression 3D qui modifient la viscosité pour une résolution plus élevée
  • systèmes d'administration de médicaments injectables qui sont liquides dans la seringue mais gélatineux dans le corps
  • revêtements ignifuges qui s'épaississent avec la chaleur pour former une couche isolante
  • lubrifiants intelligents pour machines qui augmentent la viscosité aux points de haute pression
  • blindage conforme pour l'électronique qui durcit en cas d'impact
  • reconfigurable architectural materials that can be temporarily liquefied for molding
Related to: non-newtonian fluid, viscosity, shear stress, shear rate, rheology, fluid dynamics, cisaillement, épaississement par cisaillement.

Contexte historique

Définition du fluide non newtonien

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1930
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1926
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1931

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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