非牛頓液體是什麼？它的原理又是什麼？

1樓：南宮宇雲

連續介質的內力分為正應力和剪下應力兩種，我們這裡只關注剪下應力。剪下應力又可分為彈性剪下應力和阻尼剪下應力兩種，彈性剪下應力只跟物體的形變有關，阻尼剪下應力力只跟物體的形變速度有關。區分固體和流體，就看它有沒有彈性剪下應力，彈性剪下應力始終為0的稱為流體。

區分牛頓流體還是非牛頓流體，看它的阻尼剪下應力，如果阻尼剪下應力與形變速度為線性關係，就是牛頓流體，否則為非牛頓流體。

至於網紅非牛頓流體，就是阻尼剪下應力和形變速度是凹函式關係，這樣，快速打擊它時，阻尼剪下應力會變得非常大，所以可以倒滿一池子在上面跑步，彈跳等等。

2樓：

牛頓流體符合牛頓黏性定律，在一定溫度和剪下速率範圍內黏度值是保持恆定的。牛頓流體的剪下應力和剪下速率是線性的：

其流變曲線為通過原點的直線。

而當液體的剪下應力和剪下速率存在非線性關係時液體就稱為非牛頓流體。非牛頓流體也可以繼續分類，根據其黏度函式和剪下持續時間是否相關可以分為時變性和非時變性的流體。非時變性的也可以繼續分類，比如賓漢流體、假塑性流體、脹塑性流體；而時變性的也可以分為觸變性和流凝性流體與粘彈性流體等等。

研究非牛頓流體的運動也有很多模型，比如賓漢流體；研究其在壓差作用下沿半徑的水平管做定常結構流，半徑處流速為 ,摩擦應力為，流核半徑為，就存在平衡關係：

這表示單位面積上的摩擦阻力是與半徑成線性的。根據這個還可以得出流核半徑與壓差成反比的關係。對於這類流體我們有賓漢方程：

代入上面關係積分即可得到賓漢流體作結構流時梯度區流速分布公式：

時候即得到流核流速。根據上面這個式子積分即可分析結構流管路特性計算流量，得到總流量滿足的公式：

據此還可以繼續計算斷面平均流速、求出水力坡降並得出綜合雷諾數等。

而對於假塑性流體這些，工程上經常用冪律方程來進行描述，其流變方程可以寫作：

而當僅有低剪速下的性質可知時，還可以使用卡森方程描述高剪速表觀粘度。基於同樣的計算方法可以得到冪律流體的圓管層流流速分布：

其管路特性也很容易根據上式積分得出：

卡森流體的這些特性也可以根據卡森方程給出，由於公式相對繁雜，計算方法類似，就不再贅述。

非牛頓流體有時會出現一些看似奇特的物理學現象，比如無管虹吸效應：

圖一：無管虹吸現象

圖源：dy.163.com

再比如韋森堡效應。我們將乙個快速旋轉的棍子插入牛頓流體時液面會向下凹陷，但是對於某些非牛頓流體液面卻有可能順著棍子向上爬公升：

圖二：韋森堡效應

圖源：so.v.ifeng.com

此外，高分子聚合物的湍流摩擦阻力比純溶劑阻力減小的湯姆斯效應也是乙個重要的研究課題。利用這種效應，在水中加入一些聚合物，可以極大提高消防車龍頭的噴水揚程，這在搶險救災方面有時候是決定了生死的。

以上就是一些關於非牛頓流體簡單的介紹，當然如果想要更深入地研究這個還是應該打好基礎，不學好理想流體、牛頓流體就去研究非牛頓流體是很困難的。先學習基礎的流體力學，有了基礎之後再研究現代的流體力學才可以更加深入。最後也給有興趣打一下流體力學基礎的小夥伴推薦一本書：