非牛顿流体是什么?它的原理又是什么?
的有关信息介绍如下:
谢邀,要知道什么是非牛顿流体,要先知道什么是牛顿流体。
牛顿流体符合牛顿黏性定律,在一定温度和剪切速率范围内黏度值是保持恒定的。牛顿流体的剪切应力和剪切速率是线性的:
其流变曲线为通过原点的直线。
而当液体的剪切应力和剪切速率存在非线性关系时液体就称为非牛顿流体。非牛顿流体也可以继续分类,根据其黏度函数和剪切持续时间是否相关可以分为时变性和非时变性的流体。非时变性的也可以继续分类,比如宾汉流体、假塑性流体、胀塑性流体;而时变性的也可以分为触变性和流凝性流体与粘弹性流体等等。
研究非牛顿流体的运动也有很多模型,比如宾汉流体;研究其在压差 作用下沿半径 的水平管做定常结构流,半径 处流速为 ,摩擦应力为 ,流核半径为 ,就存在平衡关系:
这表示单位面积上的摩擦阻力是与半径成线性的。根据这个还可以得出流核半径与压差成反比的关系。对于这类流体我们有宾汉方程:
代入上面关系积分即可得到宾汉流体作结构流时梯度区流速分布公式:
时候即得到流核流速。根据上面这个式子积分即可分析结构流管路特性计算流量,得到总流量满足的公式:
据此还可以继续计算断面平均流速、求出水力坡降并得出综合雷诺数等。
而对于假塑性流体这些,工程上经常用幂律方程来进行描述,其流变方程可以写作:
而当仅有低剪速下的性质可知时,还可以使用卡森方程描述高剪速表观粘度。基于同样的计算方法可以得到幂律流体的圆管层流流速分布:
其管路特性也很容易根据上式积分得出:
卡森流体的这些特性也可以根据卡森方程给出,由于公式相对繁杂,计算方法类似,就不再赘述。
非牛顿流体有时会出现一些看似奇特的物理学现象,比如无管虹吸效应:
再比如韦森堡效应。我们将一个快速旋转的棍子插入牛顿流体时液面会向下凹陷,但是对于某些非牛顿流体液面却有可能顺着棍子向上爬升:
此外,高分子聚合物的湍流摩擦阻力比纯溶剂阻力减小的汤姆斯效应也是一个重要的研究课题。利用这种效应,在水中加入一些聚合物,可以极大提高消防车龙头的喷水扬程,这在抢险救灾方面有时候是决定了生死的。
以上就是一些关于非牛顿流体简单的介绍,当然如果想要更深入地研究这个还是应该打好基础,不学好理想流体、牛顿流体就去研究非牛顿流体是很困难的。先学习基础的流体力学,有了基础之后再研究现代的流体力学才可以更加深入。最后也给有兴趣打一下流体力学基础的小伙伴推荐一本书:



