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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)

A non-Newtonian fluid is one whose 粘度 changes under an applied 剪应力. Unlike a Newtonian fluid where viscosity is constant, its flow properties are not described by a linear relationship between shear 压力 ([latex]\tau[/latex]) and shear rate ([latex]\dot{\gamma}[/latex]). This dependency can manifest as 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)。

牛顿流体和非牛顿流体的根本区别在于它们对剪切的响应。对于牛顿流体,这种关系是线性的,由牛顿黏性定律定义:τ = μγ̇,其中 μ 是黏度系数。对于非牛顿流体,这种关系是非线性的,并且可能随时间变化。表观黏度定义为 η = τ / γ̇,它不是一个常数,而是剪切速率本身的函数,即 η(γ̇)。

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。

The study of these complex flow behaviors is called rheology. Understanding a fluid’s non-Newtonian properties is critical in many industrial processes, from pumping and mixing to coating and molding, as the processing conditions directly influence the material’s behavior.

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

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相关概念:非牛顿流体、粘度、剪切应力、剪切速率、流变学、流体动力学、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)

相关发明、创新和技术原理

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