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什么是非牛頓流體 原理,非牛頓流體可以承受多大的力量

非牛頓流體其實(shí)用一張圖就可以表述清楚,但是對(duì)于普通大眾如何理解卻不太容易 。
1、牛頓流體
我們?nèi)粘I钪械乃梢哉J(rèn)為是牛頓流體,它滿足如下方程:

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上式,左邊是剪應(yīng)力,右邊的系數(shù)是粘度,u是流速,y是坐標(biāo) 。根據(jù)這個(gè)方程,主要存在流速u,就會(huì)有一個(gè)與之成線性關(guān)系的剪應(yīng)力 。流體的流動(dòng),其實(shí)是不同流層的一種剪切,如下圖 。根據(jù)牛頓流體的剪應(yīng)力方程,只要存在剪應(yīng)力,那么就必然存在流速,也就是說流體可以流動(dòng)下去 。
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2、非牛頓流體
非牛頓流體具體根據(jù)剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率的關(guān)系,可以分成很多種 。只要剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率不滿足線性關(guān)系都稱之為非牛頓流體 。如下圖,給出了4種非牛頓流體 。這里,應(yīng)變率指的是應(yīng)變的速率,可以理解為變形的快慢 。

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再看下面三根線,期中中間為牛頓流體 。上下分布為Dilatant剪切增稠流體和Pseudoplastic剪切稀化流體 。從圖上可知,剪切增稠流體的剪應(yīng)力會(huì)增加的比較快,說明流體粘稠度在變大,而剪切細(xì)化則相反 。
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上圖為剪切增稠和剪切稀化的對(duì)比 。當(dāng)小球速度較低時(shí),根據(jù)曲線發(fā)現(xiàn)這兩種流體與牛頓流體幾乎沒有差異性 。但是,當(dāng)小球速度較快時(shí),差異性就非常明顯了 。剪切增稠流體,由于阻力越來越大,小球前進(jìn)越來越困難,就像固體一樣 。而剪切稀化流體則完全相反,小球前進(jìn)越來越容易,就像氣體一樣 。
3、非牛頓的實(shí)例
央視有個(gè)節(jié)目,小撒主持的 。小撒進(jìn)入了非牛頓池,進(jìn)去的時(shí)候沒遇到什么大問題 。相反,應(yīng)還能感覺到腳底有較大的反彈力,即人體下陷的速度并不像水一樣,幾乎沒有阻力 。但是,后來,小撒想出來的時(shí)候,腳卻拔不出來了 。
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如上圖,如果你陷入了非牛頓池,想像在水中一樣,快速抬腳,這是不可能的 。抬腳速度越快,阻力越大,就像陷入一塊大固體內(nèi)部一樣 。只有非常緩慢的抬起腳,才有可能脫離非牛頓池 。這里,節(jié)目用的非牛頓體就是剪切增稠流體 。
4、總結(jié)
非牛頓流體其實(shí)有好多種,我們?cè)诠?jié)目中見到的一般是剪切增稠流體,因?yàn)檫@種流體節(jié)目效果比較容易呈現(xiàn) 。所有的非牛頓流體,其剪應(yīng)力與應(yīng)變率不成線性關(guān)系,這也是非牛頓流體性質(zhì)的原因 。

【什么是非牛頓流體 原理,非牛頓流體可以承受多大的力量】
這就是非牛頓流體 。
牛頓流體是符合牛頓粘性定律的流體:流體中的剪切應(yīng)力等于粘性乘以速度的剪切速率 。在牛頓粘性定律中,粘度是常數(shù),速度梯度呈正比,但非牛頓流體粘度不是常數(shù),也不符合梯度正比規(guī)律 。
非牛頓流體,是指不滿足牛頓黏性實(shí)驗(yàn)定律的流體,即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體 。非牛頓流體廣泛存在于生活、生產(chǎn)和大自然之中 。絕大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體 。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液,以及像細(xì)胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體 。
通俗說就是你在攪拌、沖擊它時(shí),材料中的微粒會(huì)擠壓在一起抵抗外力,呈現(xiàn)出黏度增大的特性 。而這種相互作用又不穩(wěn)定,擠壓微粒的力撤除后相互吸引則解除,流體又恢復(fù)到較稀狀態(tài) 。

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