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非牛顿流体定义

1930
科学家在实验室实验非牛顿流体的粘度。

(图片仅供参考)

非牛顿流体是指其粘度随剪切应力变化的流体。与粘度恒定的牛顿流体不同,非牛顿流体的流动特性并非由剪切应力 (τ) 和剪切速率 (γ̇) 之间的线性关系描述。这种依赖性可以表现为: 剪切稀化 (粘度随应力降低) 剪切增稠 (粘度随应力增加而增加)。

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 粘度: [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].

这种行为源于流体的内部微观结构,例如长链聚合物、悬浮颗粒或乳液。当施加剪切力时,这些微观结构会发生排列、变形或重排,从而改变流体的流动阻力。例如,在聚合物溶液(一种剪切稀化流体)中,随机卷曲的聚合物链在高剪切力作用下会解缠结并沿流动方向排列,从而降低内部摩擦,进而降低粘度。相反,在像玉米淀粉水溶液这样的浓缩悬浮液(一种剪切增稠流体)中,颗粒在高剪切力作用下可能会相互挤压,导致粘度急剧增加。

对这些复杂流动行为的研究称为流变学。了解流体的非牛顿特性对于许多工业过程至关重要,例如泵送和混合。 涂层 成型工艺,因为加工条件直接影响材料的性能。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 机械

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 艾萨克·牛顿粘性定律(1687 年)
  • 托马斯·格雷厄姆(Thomas Graham)对胶体和悬浮液的研究(19世纪60年代)
  • 粘度测定技术的发展
  • 早期对粘土浆和油漆等材料中异常流动的观察

应用程序

  • 食品加工(例如番茄酱、蛋黄酱)
  • 化妆品(例如面霜、指甲油)
  • 石油工业中的钻井泥浆
  • 液体防弹衣
  • 油漆制造

专利:

NA

潜在创新理念

  • 受撞击后会变厚的自修复路面,填补裂缝
  • 车辆自适应液压减震器可根据路况调整硬度
  • 3D打印智能墨水可改变粘度,实现更高分辨率
  • 注射药物输送系统,在注射器中呈液体状,但在体内呈凝胶状
  • 受热后变稠形成绝缘层的防火涂料
  • 用于机械的智能润滑剂,可增加高压点的粘度
  • 电子设备的保形屏蔽,在撞击时会变硬
  • reconfigurable architectural materials that can be temporarily liquefied for molding
Related to: non-newtonian fluid, viscosity, shear stress, shear rate, rheology, fluid dynamics, 剪切稀化, 剪切增稠.

历史背景

非牛顿流体定义

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(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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