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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)

A Newtonian fluid’s 剪应力 与剪切速率成正比 压力. This linear relationship is defined by Newton’s law of viscosity: [latex]\tau = \mu \frac{du}{dy}[/latex], where [latex]\tau[/latex] is the shear 压力, [latex]\mu[/latex] 是动态粘度(比例常数),[latex]\frac{du}{dy}[/latex] 是剪切速率或速度梯度。.

Newton’s law of viscosity establishes the fundamental constitutive equation for a Newtonian fluid. It postulates that for a simple shear flow, the force per unit area (shear stress, [latex]\tau[/latex]) required to move one layer of fluid relative to another is proportional to the rate at which the velocity changes with distance perpendicular to the flow (the velocity gradient or shear rate, [latex]\frac{du}{dy}[/latex]). The constant of proportionality, [latex]\mu[/latex], is known as the dynamic viscosity, a material property that measures the fluid’s resistance to flow. For a Newtonian fluid, this viscosity is constant and depends only on temperature and pressure, not on the forces acting upon it.

这种线性模型是一种理想化模型,但它能够准确描述许多常见流体,例如水、空气和简单油在典型条件下的流动。该概念是流体动力学的基础,有助于推导控制粘性流体运动的纳维-斯托克斯方程。该定律表明,牛顿流体在施加任何剪切应力(无论多小)后都会立即开始流动。这与非牛顿流体形成对比,非牛顿流体可能表现出剪切稀化、剪切增稠,或者需要达到最低屈服应力才能流动。

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
  • 牛顿和莱布尼茨对微积分的发展

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
  • 混合和反应容器的化学过程工程

专利:

NA

潜在创新理念

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相关概念:牛顿粘度定律、剪应力、剪切速率、动力粘度、牛顿流体、流体力学、本构方程、速度梯度。.

历史背景

牛顿粘度定律

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1672
1687
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1738
1750
1757
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1678
1687
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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)

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