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牛顿粘度定律

1687
  • Isaac Newton
流体力学实验室的粘度计,用于测量粘度。

(图片仅供参考)

牛顿流体的剪切 压力 与剪切速率成正比 拉紧. 这种线性关系由牛顿粘度定律定义: [latex]\tau = \mu \frac{du}{dy}[/latex],其中[latex]\tau[/latex]为剪应力,[latex]\mu[/latex]为动力粘度(比例常数),[latex]\frac{du}{dy}[/latex]为剪切速率或速度梯度。.

牛顿粘度定律确立了基础原理。 构成方程 对于牛顿流体而言,该定律假设在简单剪切流动中,使一层流体相对于另一层移动所需的单位面积力(剪应力)与流速沿垂直于流动方向的距离变化率(速度梯度或剪切速率)成正比。 比例常数[latex]\mu[/latex]称为动力粘度,这是衡量流体流动阻力的材料属性。对于牛顿流体,该粘度值恒定,仅取决于温度和压力,而不受外力作用影响。.

该线性模型虽属理想化设定,却能准确描述水、空气及普通油类等常见流体在典型条件下的行为。这一概念是流体力学的基础,可据此推导出描述粘性流体运动规律的纳维-斯托克斯方程。该定律表明,牛顿流体在受到任何剪应力作用时(无论应力多微小)都会立即开始流动。这与 非牛顿流体 流体可能表现出剪切变稀、剪切增稠特性,或在流动前需要达到最低屈服应力。.

历史上,艾萨克·牛顿在其1687年出版的《自然哲学的数学原理》中首次提出这一关系。他并未采用现代微分形式表述,而是描述了流体中“润滑缺陷”或内部摩擦的概念。现代数学公式后来由柯西和斯托克斯等数学家与物理学家发展完善,将其纳入更普遍的连续介质力学框架之中。.

UNESCO Nomenclature: 2206
– 流体力学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 埃万杰利斯塔·托里切利关于流体流出(托里切利定律)的研究
  • 布莱兹·帕斯卡的静水力学原理(帕斯卡定律)
  • 艾萨克-牛顿运动定律
  • 微积分的发展 牛顿 以及莱布尼茨

应用程序

  • 水和油输送管道的设计
  • 机翼和车身的空气动力学分析
  • 轴承和齿轮的润滑理论
  • 天气模式和洋流建模
  • 化学过程 混合与反应容器工程

专利:

NA

潜在创新理念

  • 用于芯片实验室诊断的可预测流量微流体装置
  • 通过磁场调节粘度的智能润滑剂
  • 适用于复杂几何形状的高级计算流体动力学 (cfd) 求解器
  • 自清洁 surfaces using controlled fluid sheeting
  • 使用低粘度合成流体的节能液压系统
  • 超声波 sensors for real-time viscosity measurement in industrial processes
  • 优化混合的生物反应器,用于细胞培养生长
  • 基于精确流量控制的新型食品加工技术
Related to: newton’s law of viscosity, 剪应力, shear rate, dynamic viscosity, newtonian fluid, fluid dynamics, constitutive equation, velocity gradient.

历史背景

牛顿粘度定律

1650
1672
1687
1687
1738
1750
1757
1650
1650
1678
1687
1687
1738
1750
1785

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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