牛顿流体
一、基本简介英文译名:newtonian fluid
牛顿内摩擦定律表达式:τ=μγ
式中:τ--所加的切应力;
牛顿流体演示
牛顿流体演示
γ--剪切速率(流速梯度);
μ--度量液体粘滞性大小的物理量，简称为黏度，物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。
从流体力学的角度来说，凡是服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，否则称为非牛顿流体。
所谓服从内摩擦定律是指在温度不变的条件下，随着流速梯度的变化，μ值始终保持一常数。
水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体;高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。
二、具体内容任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体。简单的牛顿流体流动是二无限平板以相对速度u相互平行运动时,两板间粘性流体的低速定常剪切运动(或库埃特流动)。
1687年，i.牛顿首先做了简单的剪切流动实验。他的实验如图所示。在平行平板之间充满粘性流体，平板间距为d，下板b静止不动，上板c以速度u在自己平面内等速平移。由于板上流体随平板一起运动,因此附在上板的流体速度为u，附在下板的流体速度为零。实验指出，两板之间的速度分布u(y)服从线性规律。作用在上板的力同板的面积、板的运动速度成正比，同间距d成反比。由此得出:
,τ=μ*du/dy (1)
式中τ为剪应力;du/dy为剪切变形速率;μ为流体动力粘性系数(即粘度)。这就是的牛顿粘性定律。凡是符合此定律的流体称为牛顿流体，否则是非牛顿流体(见非牛顿流体力学)。 假设流体是各向同性的，应力张量和变形速率张量呈线性齐次函数关系，则它们之间的一般线性关系式为:
pij=-pδij+2μ(sij-δij)+μ┡δij， (2)
式中pij为应力张量;pij=-pδij+τij,p为各向同性压力，τij为偏应力张量;sij为变形速率张量;为各向同性体积变形速率张量;δij为克罗内克符号;μ┡为膨胀粘性系数。式(2)就是广义牛顿粘性定律的数学表达式。
公式(1)(2)是牛顿流体的重要标志，也是确定流体流动时*的本构方程。自然界中许多流体是牛顿流体，例如水、空气等。
不论流体所受的力如何，流体都能继续流动，例如，水就是一种牛顿流体，因为不管它搅拌得多快，它都能继续表现出流体的性质。这与非牛顿流体不一样，在非牛顿流体中，只要一搅拌，后面就会出现一个洞，或导致流体变得稀薄，黏度的下降使它流动得更多。对于牛顿流体来说，黏度只与温度和压强有关，与流体所受的力无关。
三、分类流体按压缩性的大小分气体和液体。气体极易压缩，亦称称为可压缩流体;液体几乎不可以压缩，既称为不可压缩流体。
流体按变形特点又分为牛顿流体和非牛顿流体。
四、非牛顿流体许多液体包括聚合物的熔体和浓溶液，聚合物分散体系(如胶乳)以及填充体系等并不符合牛顿流动定律，这类液体统称为非牛顿流体。
(1)宾汉(bingham)流体或塑性流体
特点:当切应力sτ小于某临界值sy时，根本不流动，即γ=0
当sτ>sy时，才产生牛顿流动
流动方程:sτ-sy=h·γ
油漆、沥青、大多数聚合物在良溶剂中的浓溶液属于宾汉流体。
(2)假塑性体
表观粘度:ha=sτ/γ
在流动曲线上为某一切速率γ下与原点相连直线的斜率。
聚合物在流动过程中除了产生分子链之间的不可逆粘性形变外，还产生高弹形变，表观粘度不*反映流体不可逆形变的难易程度，仅对其流动性的好坏作一个大致性相对的比较。表观粘度大则流动性差。
幂律定律:sτ=kγ
式中:k--稠度系数，是一种材料常数
n--流动指数或非牛顿指数
ha=kγ
当n=1时，流动属于牛顿型，k即为粘度;
当n不等于1时，n表示该流体与牛顿流体的偏离程度，故n称为非牛顿指数;
当n<1时，属假塑性体。
稠度或微分粘度:hc=dsτ/dγ流动曲线上任意点的斜率，为该切变速率下的稠度或微分粘度。
(3)胀塑体
特点:无屈服应力，一个无限小的剪切应力就能使其开始运动。其表观粘度随切变速率的增大而增大，故称作切力增稠体。
非牛顿指数n>1
悬浮体和聚合物-填料
(4)依时性非牛顿流体
特点:指恒温、恒γ情况下，粘度随受剪时间而变化的流体。分触变体和流凝体两种。
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从流体力学的角度来说，凡是服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，否则称为非牛顿流体。
所谓服从内摩擦定律是指在温度不变的条件下，随着流速梯度的变化，μ值始终保持一常数。
水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体;高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。
二、具体内容任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体。简单的牛顿流体流动是二无限平板以相对速度u相互平行运动时,两板间粘性流体的低速定常剪切运动(或库埃特流动)。
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,τ=μ*du/dy (1)
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pij=-pδij+2μ(sij-δij)+μ┡δij， (2)
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