非牛顿流体原理
非牛顿流体是指不符合牛顿流体力学的流体行为特征的流体。与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的粘度随应力变化而变化，即流体的流变性质与施加的剪切力有关。
非牛顿流体的一种经典示例是混凝土。在施加剪切力之前，混凝土具有较高的粘度，表现出强烈的抗剪切性。然而，一旦开始施加剪切力，混凝土的粘度会明显降低，出现流动的现象。
非牛顿流体的流变性质可以通过多种方式来说明。其中一种常见的方式是使用黏度-剪切速率关系曲线（称为流变曲线）。流变曲线描述了非牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间的关系。根据流变曲线的形状，非牛顿流体可以分为不可压缩流体和可压缩流体。
不可压缩非牛顿流体的黏度与剪切速率呈指数关系，即剪切速率越大，黏度越小。可压缩非牛顿流体的黏度则与剪切速率的关系更为复杂，可能呈现出剪切变稀（剪切速率增加而黏度减小）、剪切变稠（剪切速率增加而黏度增大）甚至其他形式。
非牛顿流体的流变行为广泛应用于工程和科学领域。例如，在油漆、涂料和胶水等工业中常用到的物料就是非牛顿流体。理解和控制非牛顿流体的流变行为对于设计和制造高性能材料具有重要意义。
总之，非牛顿流体的流变性质与施加的剪切力有关，具有与牛顿流体不同的特点。通过对流变曲线的研究，我们可以更好地理解和应用非牛顿流体的特性。
非牛顿流体原理
在物理学中，流体可以分为牛顿流体和非牛顿流体两种类型。牛顿流体遵循牛顿流体力学定律，也就是在外力作用下，流体的粘度保持恒定。相比之下，非牛顿流体在外力作用下可以改变其粘度，其粘度与应力呈非线性关系。本文将介绍非牛顿流体的原理及其应用。
1. 非牛顿流体的特点
非牛顿流体的主要特点是其粘度随着剪切速率或剪切应力的改变而改变。根据其粘度变化的规律不同，非牛顿流体可分为多种类型，如塑性流体、黏弹性流体和液晶流体等。以下是每种类型的特点：
• 塑性流体：塑性流体在无剪切力作用下表现为固体，需要一定剪切力才能使其流动。常见的例子是牙膏或润滑脂。它们在静止时表现为固体，但在施加剪切力后会变为液体。
• 黏弹性流体：黏弹性流体具有同时表现出液体和固体特性的特点。它们的粘度会随着剪切速率或剪切应力的改变而改变。当剪切速率较低时，它们表现出固体的特性，当剪切速率较高时，它们表现出液体的特性。例如血液和酒精溶液。
• 液晶流体：液晶流体是一种具有有序分子结构的流体。它们的粘度可以通过施加电场或磁场来改变。液晶流体常见于液晶显示器等技术中。
2. 非牛顿流体的原理
非牛顿流体的粘度变化源于其内部微观结构的变化。在牛顿流体中，其分子之间的相互作用力不随剪切力而改变。而在非牛顿流体中，这种相互作用力会由于剪切力的作用而发生变化，从而引起粘度的变化。
具体来说，非牛顿流体的粘度变化可以归因于以下两种机制：
• 剪切稀化效应：当外力作用于非牛顿流体时，分子之间的排斥力增加，导致流体内部微观结构的破坏。这会使流体的粘度降低，即发生剪切稀化。剪切稀化效应常见于高分子溶液等流体中。
• 剪切增稠效应：与剪切稀化相反，剪切增稠效应指的是在外力作用下，非牛顿流体内的微观结构变得更加有序，导致粘度增加，即发生剪切增稠。这种效应通常发生在浓度较高的悬浮液和胶体溶液中。
3. 非牛顿流体的应用
由于非牛顿流体具有粘度可调的特点，它们在许多领域中得到了广泛的应用。以下是一些常见的应用领域： • 工业应用：非牛顿流体在工业生产中具有重要的应用价值。例如，可以通过控制非牛顿流体的粘度实现涂层液的均匀涂布，提高涂层质量。此外，非牛顿流体还可以用于润滑、注塑成型、油漆和胶黏剂等方面。
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非牛顿流体
作者：樊永洪
来源：《中学生数理化·教与学》2017年第01期
用一条小小的口香糖便能打开十分坚硬的椰子？答案是：可以的.将刚刚打开包装的口香糖卷起来，上部捏成尖状，立在桌子上，将新鲜椰子的尾部对着口香糖的尖部猛砸下去，口香糖便像钉子一样扎破椰子壳，我们便可以品尝到鲜美的椰汁.口香糖和粘状物体都是非牛顿流体，并且都具有外界所给的力越大、速度越快、反力也越大的特点.所以口香糖能扎进快速用力砸向它的椰子外壳.非牛顿流体是什么东西，具有什么样的特性，又能给生产和生活带来什么样的变化呢？
一、非牛顿流体的概念
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.非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然中.绝大多数生物流体都属于非牛顿流体.（1）人体身上的血液、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.（2）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、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛顿流体.（3）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.由此可见，非牛顿流体就在我们身边，只是我们不了解而已.
二、非牛顿流体的特性
非牛顿流体具有射流胀大、爬杆效应、无管缸吸或开口虹吸以及湍流减阻四个最主要的特性.
1.射流胀大.如果非牛顿流体被迫从一个大容器，流进一根毛细管，再从毛细管流出时，可发现射流的直径比毛细管的直径大.
2.爬杆效应.1944年Weissenberg在英国伦敦帝国学院公开表演了一个有趣的实验：在一只有黏弹性流体（非牛顿流体的一种）的烧杯里，旋转实验杆.对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面将呈凹形；而对于黏弹性流体，却向杯中心流动，并沿杆向上爬，液面变成凸形，甚至在实验杆旋转速度很低时，也可以观察到这一现象.在设计混合器时，必须考虑爬杆效应的影响.同样，在设计非牛顿流体的输运泵时，也应考虑和利用这一效应. 龙源期刊网
流体力学中的非牛顿流体
流体力学是研究物质在流动状态下力的作用和运动规律的学科。在流体力学中，我们通常将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。本文将重点介绍非牛顿流体的特性、流动行为以及其在工程和科学领域中的应用。
一、非牛顿流体的特性
非牛顿流体是指其粘度随着应力或剪切速率的改变而变化的流体。与牛顿流体相比，非牛顿流体表现出更复杂的流动行为。根据其流变特性，非牛顿流体可以分为剪切变稀型和剪切变稠型。
剪切变稀型的非牛顿流体是指其粘度随剪切速率的增加而减小的流体。常见的剪切变稀型非牛顿流体包括血液、糊状物和溶胶等。这些流体在流动过程中，随着剪切力的增加，粒子之间的相互作用减弱，从而导致粘度的降低。剪切变稀型流体的特性使其在工程领域中得到广泛应用，如石油钻井、医疗器械以及食品加工等。
剪切变稠型的非牛顿流体是指其粘度随剪切速率的增加而增加的流体。常见的剪切变稠型非牛顿流体有浆料、高聚物溶液和胶体等。这些流体在流动过程中，由于粒子之间的相互作用增强，导致粘度的增加。剪切变稠型流体广泛应用于涂料、油漆和火箭发动机燃料等领域。
二、非牛顿流体的流动行为
非牛顿流体的流动行为与牛顿流体有所不同。牛顿流体遵循牛顿流体模型，其粘度独立于剪切速率，流动行为符合牛顿第二定律。而非牛顿流体则不满足牛顿流体模型，其剪切应力和剪切速率之间的关系是非线性的。
非牛顿流体的流动行为通常由流变学进行描述。流变学是研究物质应力-应变关系的科学，其中应力指流体内部单位面积上的力，应变指流体的变形程度。通过流变学可以确定非牛顿流体的粘度与剪切速率之间的关系。
在非牛顿流体的流动过程中，通常存在剪切层滞后和剪切变薄等现象。剪切层滞后是指在流动过程中，不同位置处的流体粘度不同，形成剪切层。而剪切变薄是指在流动过程中，流体的某一部分变得更稀薄。
三、非牛顿流体的应用
非牛顿流体的特性使其在工程和科学领域中得到广泛应用。以下列举了一些常见的应用领域：
