非牛顿流体,这一神奇的概念,在众多视频中频频出现,犹如浆糊般的特质令人着迷。那么,究竟何为非牛顿流体呢?这得从牛顿流体说起,涉及流变学的基础知识。
我们熟悉的流体,像气体、液体都是能够流动的,也就是所谓的流体。特别强调的是,在此处我们的关注点是液体。简单来说,牛顿流体是一种具有特定流变性质的液体。其粘度随温度的升降而变化,但不随剪切速率的改变而改变,应力与应变速率之间则遵循简单的线(如水、盐水)。而除了牛顿流体之外的其他流体,就是非牛顿流体了(如牙膏、淀粉糊)。
如果你对复杂的公式不感兴趣,那么看到这里就够了,为上面的介绍点个赞,之后便可划出。下面我们将进一步深入分析牛顿流体以及几种典型的非牛顿流体。
以最简单的剪切流动为例,当流体处于静止状态时,而在某处流体与上平板以相同的速度沿方向运动。流体内任意一坐标的流体流动速度正比于其坐标,这就是流体的剪切流动基础。
对于稳定的层流,与上板接触的那一层流体的速度会正比于流体的高度。接下来,我们将探讨剪切速率与流动速度梯度之间的关系。
牛顿流体,一个为人们熟知的流体力学概念。为了维持流体的剪切流动,必须施加应力以克服各层流体流动时的摩擦阻力。不同的流体流动阻力不同。线性粘性理论认为,要实现稳定的流动,所需的剪切应力与剪切速率成正比,这就是著名的牛顿定律,也是牛顿流体的定义式。
对于牛顿流体而言,其粘度随温度上升而下降,不随剪切速率的改变而改变,应力与应变速率之间则符合简单的线。像水、酒精、酯类、油类等低分子液体都属于牛顿流体;而高分子的浓溶液、熔体在特定条件下也会表现出牛顿流动的行为。
而对于非牛顿流体,其种类繁多,特性各异。例如,有些流体在受到剪切力时会发生剪切变稀的行为,表现出假塑性;而有些则在受到足够大的剪切应力时会出现剪切增稠的行为,展现出胀塑性。还有宾汉流体等类型的非牛顿流体。
以胀塑性流体为例,这种流体在颗粒分散、剪切应力增大时,会大大增加流动的阻力。而宾汉流体则具有特殊的塑,即在屈服前表现为类似固体的状态,一旦超过屈服点,就会呈现出牛顿流体的特性。
除了上述提到的各种非牛顿流体特性外,还有触变性流体和反触变流体等类型。触变性材料在剪切速率不变时,其粘度会随时间降低;而反触变流体则在恒定剪切速率下,粘度随时间增加。
非牛顿流体的世界充满了奥秘与多样性。希望这篇文章能帮助你更好地理解非牛顿流体的相关知识。如有任何疑问或讨论,欢迎在评论区留言。
注:本文所提及的流体力学概念及公式仅供参考,如有需要,建议查阅专业流体力学书籍或咨询相关领域专家。