小天最近在互联网上常常看到一些非牛顿流体的有趣小视频,小天刚开始接触这个名词时感觉很好奇,这个传说中的“非牛顿流体”到底是什么?为了解答心中的疑惑,小天决定上网刨根问底。

所谓非牛顿流体,是指不满足牛顿黏性实验定律的流体,即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液,以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。

看完上面的这段话,大家是不是有点懵。。。

懵比

没事,我们来慢慢搞懂这段话。

我们先来看看什么是牛顿流体: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称为牛顿流体。最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)。自然界中许多流体是牛顿流体。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。

再来看看什么是剪应力:剪应力是应力的一种,定义为单位面积上所承受的剪力,且力的方向与受力面的法线方向正交。

牛顿液体

牛顿流体

那非牛顿流体有什么特性呢?

  1. 射流胀大(也称Barus效应,或Merrington效应)
  2. 爬杆效应(也称为Weissenberg效应)
  3. 无管缸吸或开口虹吸
  4. 湍流减阻

小天还在网上看到一个很有趣的特性:“遇强则强”

太白粉溶液是典型的非牛顿流体,它的主要特征是:流体的粘度会因为受到的压力或速度而变化,压力越大速度越快,粘度会增加,甚至可以成为暂时性的固体。一盆太白粉的水溶液,如果你将手缓慢的插入水溶液中你的手会没入其中,当你拿出来时手上会沾满白色的太白粉溶液。可是当你用力搥打非牛顿流体时,接触面因为压力大而粘度增加,它就会“变硬”。也就是“吃软不吃硬”。根据这一点,非牛顿流体可以用于制作防弹衣。

非牛顿流体

非牛顿流体在生活中的例子

说了这么多,最后还是要回归生活。

绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液,以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。

高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、尼龙6、PVS、赛璐珞、涤纶、橡胶溶液、各种工程塑料、化纤的熔体、溶液等,都是非牛顿流体。石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、油漆、油墨、牙膏、家蚕丝再生溶液、钻井用的洗井液和完井液、磁浆、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛顿流体。

食品工业中的番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、浓糖水、酱油、果酱、炼乳、琼脂、土豆浆、熔化巧克力、面团、米粉团、以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料也都是非牛顿流体。


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