非牛顿流体什么原理 什么是非牛顿流体 原理

【非牛顿流体什么原理 什么是非牛顿流体 原理】
非牛顿流体其实用一张图就可以表述清楚,但是对于普通大众如何理解却不太容易 。
1、牛顿流体
我们日常生活中的水,可以认为是牛顿流体 , 它满足如下方程:

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上式,左边是剪应力,右边的系数是粘度,u是流速,y是坐标 。根据这个方程,主要存在流速u,就会有一个与之成线性关系的剪应力 。流体的流动,其实是不同流层的一种剪切,如下图 。根据牛顿流体的剪应力方程,只要存在剪应力,那么就必然存在流速,也就是说流体可以流动下去 。
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2、非牛顿流体
非牛顿流体具体根据剪应力与剪应变率的关系,可以分成很多种 。只要剪应力与剪应变率不满足线性关系都称之为非牛顿流体 。如下图,给出了4种非牛顿流体 。这里,应变率指的是应变的速率,可以理解为变形的快慢 。
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再看下面三根线,期中中间为牛顿流体 。上下分布为Dilatant剪切增稠流体和Pseudoplastic剪切稀化流体 。从图上可知 , 剪切增稠流体的剪应力会增加的比较快,说明流体粘稠度在变大,而剪切细化则相反 。
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上图为剪切增稠和剪切稀化的对比 。当小球速度较低时,根据曲线发现这两种流体与牛顿流体几乎没有差异性 。但是 , 当小球速度较快时,差异性就非常明显了 。剪切增稠流体,由于阻力越来越大,小球前进越来越困难,就像固体一样 。而剪切稀化流体则完全相反,小球前进越来越容易,就像气体一样 。
3、非牛顿的实例
央视有个节目,小撒主持的 。小撒进入了非牛顿池,进去的时候没遇到什么大问题 。相反,应还能感觉到脚底有较大的反弹力 , 即人体下陷的速度并不像水一样,几乎没有阻力 。但是 , 后来,小撒想出来的时候,脚却拔不出来了 。
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如上图,如果你陷入了非牛顿池,想像在水中一样,快速抬脚 , 这是不可能的 。抬脚速度越快,阻力越大,就像陷入一块大固体内部一样 。只有非常缓慢的抬起脚,才有可能脱离非牛顿池 。这里 , 节目用的非牛顿体就是剪切增稠流体 。
4、总结
非牛顿流体其实有好多种,我们在节目中见到的一般是剪切增稠流体 , 因为这种流体节目效果比较容易呈现 。所有的非牛顿流体,其剪应力与应变率不成线性关系,这也是非牛顿流体性质的原因 。
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