non-Newtonian&fluid&mechanics&&&&由发展起来的研究非牛顿流体和关系以及非牛顿流体流动问题的学科。非牛顿流体是剪应力和剪切变形速率之间不满足线性关系的流体。自然界中存在着大量非牛顿流体，如油脂、油漆、牛奶、牙膏、动物血液、泥浆等。非牛顿流体力学在化纤工业、塑料工业、石油工业、化学工业、轻工业、食品工业等许多部门有广泛的应用。&&&非牛顿流体力学的研究始于1867年J.C.麦克斯韦提出的线性粘弹性模型。第二次世界大战后，化纤、塑料、石油等工业的迅速发展以及应用数学、流体力学等学科的研究不断深化，为非牛顿力学提供了社会和理论基础。1950年J.G.奥尔德罗伊德提出建立非牛顿流体本构方程（见）的基本原理，把线性粘弹性理论推广到非线性范围。以后，W.诺尔、J.L.埃里克森、R.S.里夫林、C.特鲁斯德尔等人对非线性粘弹性理论的发展也作出贡献。1976年K.沃尔特斯等人创办《非牛顿流体力学杂志》。70年代后期出版了非牛顿流体力学、聚合物加工、流变技术等专著。非牛顿流体力学已发展成为一个独立的学科。&&&&非牛顿流体类型&依本构方程的不同，可分为3类：&&&①广义牛顿流体。把作为剪切率的单值函数，从牛顿流体模型推广而得的一种非牛顿流体。自然界中大多数浆糊状流体、悬浮液、塑料熔质等都属此类。广义牛顿流体的剪应力-剪切变形速率的曲线如图1所示。包括3种流体：塑&&&&&&图1 广义牛顿流体曲线&&&性流体（较常见的有宾汉塑性流体、广义宾汉塑性流体和卡森塑性流体）、拟塑性流体和膨胀流体。&&&②有时效的非牛顿流体。应力不仅同变形速率而且同时间有关的非牛顿流体，分触变流体和触稠流体两类。大部分胶状液体都是触变流体，其特性是静止时粘稠，甚至呈固态，但搅动后变稀而易于流动。凝胶漆就是典型的触变流体。跟触变流体相反，触稠流体的粘度随时间而增加。这种流体比较稀少，也无工业价值。&&&③粘弹性流体。兼有粘性效应和弹性效应的流体。自然界中许多极粘稠流体（如沥青）就是粘弹性流体。粘弹性流体又分为线性粘弹性流体和非线性粘弹性流体。&&&此外还有广义二阶流体、三阶流体等微分型模型，各种广义麦克斯韦模型，隐含模型，积分型模型，根据粘弹性分子理论提出的哑铃模型、小球-弹簧模型、网络模型等。&&&&非牛顿流体流动&具有与牛顿流体流动截然不同的特性。&&&①广义牛顿流体流动。塑性流体在管中流动时，轴线附近的塑性流体所受的剪应力小于它的屈服应力，因此类似固体在管中平移；壁面附近流体则因剪应力超过屈服应力而处于流动状态（图2）。拟塑性流体或膨胀流体在管道中流动&&&&&&图2 牛顿流体和塑性流体管流&&&时，流量和压差的关系是非线性的，而牛顿流体的这种关系则是线性的。&&&②有时效的非牛顿流体流动。以触变流体为例，若将触变流体装入同心圆筒式粘度计的环形缝隙中，则在流体静止一段长时间后，让任一圆筒以等速旋转，就可发现流体的粘度（表现为另一圆筒上的转矩）随时间而减小。&&&③粘弹性流体流动。其典型流动有定常剪切流动、拉伸流动和伸缩流动。其一是定常剪切流动。粘弹性流体在剪切流动时有沿旋转棒向上爬的现象，称韦森堡效应（图3）。&&&&&&图3 韦森堡效应这种现象是粘弹性流体在剪切流动时产生的第一法应力差引起的。流丝沿周向张紧而产生的张力需由径向负压力梯度来平衡，而后者使自由面呈凸形。粘弹性流体通过细管形成挤出射流时，射流束直径显著胀大，称挤出物胀大或口模胀大（图4）。&&&&&&图4 挤出物胀大例如聚苯乙烯在175～200℃较快挤出时，直径胀达2.8倍；而牛顿流体从管中流出时，则收缩。其二是拉伸流动。流体的拉伸粘度与剪切粘度的比值称特劳顿比。对于牛顿流体，这个比值是3；对于粘弹性流体，由于拉伸粘度随变形速率增加而增加，这个比值可达10～10量级，因此会产生开口虹吸现象（图5）。把管子一端插入粘弹性流体，由于虹吸作&&&&&&图5 开口虹吸现象用，流体经管道流出。如把插入流体的管端稍提出液面，则流体仍会被吸上来。在纺丝、吹塑、挤出和压延成形等加工过程中，流动的主要成分是拉伸流动；多孔介质中的流动，其主要成分也是拉伸流动。其三是收缩流动。对于这种流动，牛顿流体和粘弹性流体也有不同的流场。牛顿流体在中心产生环流，粘弹性流体则在壁面产生环流（图6）。塑料通过&&&&&&图6 收缩流动&&&收缩口挤入铸模的流动，聚合物通过喷丝口的流动，大小血管之间血液的流动等都属于收缩流动。非牛顿流体
非牛顿流体
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。非牛顿流体的奇妙特性及应用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。非牛顿流体除具有以上几种有趣的性质外，还有其他一些受到人们重视的奇妙特性，如拔丝性（能拉伸成极细的细丝），剪切变稀，连滴效应（其自由射流形成的小滴之间有液流小杆相连），液流反弹等。
非牛顿流体 -
斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性、流体静止时应变率为零的三项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及现被广泛应用的纳维－斯托克斯方程。后来人们在进一步的研究中知道，牛顿粘性实验定律(以及在此基础上建立的纳－斯方程)对于描述像水和空气这样低分子量的流体是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间已不再满足线性关系。早在人类出现之前，非牛顿流体就已存在，因为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。现在去医院作血液测试的项目之一，已不再说是“血粘度检查”，而是“血液流变学检查”(简称血流变)，这就是因为对血液而言，剪应力与剪切应变率之间不再是线性关系，已无法只给出一个斜率(即粘度)来说明血液的力学特性。
非牛顿流体 -
日，湖南卫视《快乐大本营》十五周年第二场游戏环节中应用了非牛顿流体。英国科学家已经利用被戏称为“防弹蛋奶糊”的物质制成一种液体防护衣，这种防护衣在受压后会自动变硬，吸收撞击在它表面的弹片产生的冲击力。事实上，这种物质就是一种显着的非牛顿流体。非牛顿流体及其奇妙特性现在去医院作血液测试的项目之一，己不再是“血黏度检查”，而是“血液流变学捡查”（简称血流变），为什么会有这样的变化呢？这就要从非牛顿流体谈起。英国科学家牛顿于1687年，发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。实验是在两平行平板间充满水时进行的，下平板固定不动，上平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时，附着于上、下平板的流体质点的速度，分别是U和0，两平板间的速度呈线性分布，斜率是黏度系数。由此得到了著名的牛顿黏性定律。斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性及流体静止时应变率为零的三项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及被广泛应用的纳维-斯托克斯方程（简称：纳斯方程）。后来人们在进一步的研究中知道，牛顿黏性实验定律（以及在此基础上建立的纳斯方程），对于描述像水和空气这样低分子量的简单流体是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间己不再满足线性关系。为区别起见，人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。因为对血液而言，剪应力与剪切应变率之间己不再是线性关系，己无法只给出一个斜率（即黏度）来说明血液的力学特性，只好作血流变学测试，给出二者间的非线性关系。形形色色的非牛顿流体早在人类出现之前，非牛顿流体就己存在，因为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。近几十年来，促使非牛顿流体研究迅速开展的主要动力之一，是聚合物工业的发展。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。非牛顿流体在食品工业中也很普遍，如番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、菜汤、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。综上所述，在日常生活和工业生产中，常遇到的各种高分子溶液、熔体、膏体、凝胶、交联体系、悬浮体系等复杂性质的流体，差不多都是非牛顿流体。有时为了工业生产的目的，在某种牛顿流体中，加入一些聚合物，在改进其性能的同时，也将其变成为非牛顿流体，如为提高石油产量使用的压裂液、新型润滑剂等。现在也有人将血液、果浆、蛋清、奶油等这些非常黏稠的液体，牙膏、石油、泥浆、油漆、各种聚合物（聚乙烯、尼龙、涤纶、橡胶等）溶液等非牛顿流体，称为软物质。非牛顿流体的奇妙特性及应用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。射流的直径与毛细管直径之比，称为模片胀大率（或称为挤出物胀大比）。对牛顿流体，它依赖于雷诺数，其值约在0.88～1.12之间。而对于高分子熔体或浓溶液，其值大得多，甚至可超过10。一般来说，模片胀大率是流动速率与毛细管长度的函数。模片胀大现象，在口模设计中十分重要。聚合物熔体从一根矩形截面的管口流出时，管截面长边处的胀大，比短边处的胀大更加显着。尤其在管截面的长边中央胀得最大。因此，如果要求生产出的产品的截面是矩形的，口模的形状就不能是矩形，而必须是四边中间都凹进去的形状。无管虹吸对于牛顿流体来说，在虹吸实验时，如果将虹吸管提离液面，虹吸马上就会停止。但对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液和百分之一的POX水溶液，或聚醣在水中的轻微凝肢体系等，都很容易表演无管虹吸实验。将管子慢慢地从容器拨起时，可以看到虽然管子己不再插在液体里，液体仍源源不断地从杯中抽出，继续流进管里。甚至更简单些，连虹吸管都不要，将装满该液体的烧杯微倾，使液体流下，该过程一旦开始，就不会中止，直到杯中液体都流光。这种无管虹吸的特性，是合成纤维具备可纺性的基础。湍流减阻非牛顿流体显示出的另一奇妙性质，是湍流减阻。人们观察到，如果在牛顿流体中加入少量聚合物，则在给定的速率下，可以看到显着的压差降。湍流一直是困扰理论物理和流体力学界未解决的难题。然而在牛顿流体中加入少量高聚物添加剂，却出现了减阻效应。有人报告：在加入高聚物添加剂后，测得猝发周期加大了，认为是高分子链的作用。减阻效应也称为Toms效应，虽然其道理尚未弄得很清楚，却己有不错的应用。在消防水中添加少量聚乙烯氧化物，可使消防车龙头喷出的水的扬程提高一倍以上。应用高聚物添加剂，还能改善气蚀发生过程及其破坏作用。非牛顿流体除具有以上几种有趣的性质外，还有其他一些受到人们重视的奇妙特性，如拔丝性（能拉伸成极细的细丝），剪切变稀，连滴效应（其自由射流形成的小滴之间有液流小杆相连），液流反弹等。由于非牛顿流体涉及许多工业生产部门的工艺、设备、效率和产品质量，也涉及人本身的生活和健康，所以越来越受到科学工作者的重视。1996年8月在日本京都国际会议中心，召开的第19届国际理论与应用力学大会（IUTAM）上，非牛顿流体流动是大会的6个重点主题之一，也是流体力学方面参与最踊跃的主题。Grochet邀请报告的观点是，高分子溶液和熔体的特性远异于牛顿流体，并认为对这些异常特性的研究，都是带有挑战性的课题。
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TA的最新馆藏[转]&[转]&[转]&[转]&[转]&[转]&沼泽属于非牛顿流体么？
十年azLH62OV39
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
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水可能算是“最寻常”的一类流体。早在17世纪，“博爱”的科学家牛顿爷爷就对它做了详尽的研究，因此这一类被称为“牛顿流体”——它们的黏度不受搅拌、冲击等等机械因素变化，只受温度影响而“越热越稀”。水之外的别样世界——非牛顿流体这是用玉米淀粉和水按体积比2:1混合制作的剪切增稠液体，是非牛顿流体的一种，它的黏度会随剪切应力增大而增大——越搅越稠。而音响的振动也让其内部产生了剪切应力使其增稠，从而可以在音响上跳舞却不飞溅出去。试想把玉米糊换成水？估计早就飞了。剪切如何增稠？剪切增稠的具体机理多种多样，笼统地说：搅拌、冲击等机械变化使材料中局部微粒挤压在一起，并产生相互吸引，使这个局部的微粒“团结”起来抵抗外力，表观上则呈现出黏度增大的特性。而这种相互作用又不稳定，挤压微粒的力撤除后相互吸引则解除，流体又恢复到较稀状态。图片来源：Wikipedia 哦，哦，哦……这有什么用？玩过极限运动的朋友不免都有过护具太硬影响正常活动的经历。马球护膝 图片来源：Wikipedia 作者：Y.S. Groen如果把剪切增稠流体用于护具则有可能解决这个问题：正常活动相对缓和，产生剪切应力小，护具柔软。摔跤等受磕碰时瞬间产生较大的剪切应力，护具变硬。就像这样：此外，把这一性质做得更强，还能将这种材料用于液体防弹衣——平时柔软，受子弹打击瞬间变硬，舒适防弹两不误。说完非牛顿流体中越搅越稠的剪切增稠流体，你是否已经在装满玉米淀粉的浴缸里练习高抬腿了呢~？而大自然总充满了神奇的对称，接下来看看它的“镜像”~番茄酱中藏科学图片来源：.cn正版图片库你有没有注意到？将一瓶番茄酱慢慢倒置过来，它却不会流出来？这样看番茄酱还挺稠的样子。不过只要轻拍瓶底，番茄酱就瞬间显得很稀，哗~流出一滩。其实它不只是“显得”很稀而已，是真的瞬间变稀了：因为它是另一种非牛顿流体——剪切稀化流体，而拍打瓶底使酱汁与瓶口摩擦产生了剪切应力，黏度随之减小，便顺畅流出了。有空可以在家玩玩~剪切还能稀化？对，与剪切增稠流体相反，剪切稀化流体的微粒间本身存在一定的相互吸引，但这种相互作用不太稳定，稍微扰动就被破坏。于是表面上看起来静置时黏度较大，而搅拌、摩擦时变稀。四周的墙壁都有它的功劳 图片来源：shutterstock抬头看看你周围的墙壁，尤其注意那些刷有墙漆的吧。要把油漆刷到墙上，涂布均匀才好看，如果刚刷上就流成一股股的怎么行？所以油漆静置时最好黏度比较大，便于在墙上定形。然而，黏度太大像蜂蜜一样又会很难涂布开，即便用刮刀整理也难以变形。这就需要油漆本身具有剪切稀化性质——刷子、刮刀触碰时稀化便于涂布均匀，一旦离开又恢复粘稠不会下坠。所以不少油漆中会加入羧甲基纤维素、聚乙烯醇等流变助剂以提高这方面性能。可怕的剪切稀化流体——沼泽沼泽是植物丛生的湿地，一般底部为含有泥炭的泥浆，表层经常有积水或过湿。所谓“吃人的沼泽”通常都是这些泥浆干的。而沼泽也属于剪切稀化流体，这就是为什么陷入沼泽中的人越挣扎反而陷得越深。电影《这里的黎明静悄悄》剧照特别的是，沼泽黏度不仅剪切应力增大减小，还随外力作用时长减小，它属于剪切稀化流体特殊的一类——触变性流体。掉进沼泽拖得越久越危险哦~尽快躺下并横着仰泳游出才有可能脱困。 汇集各类创客新闻、奇人脑洞、猎奇产品；做你所闻，做你所想；欢迎关注果壳实验室运营的微信公众号“万有工坊”~
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貌似在很久前就看过这篇帖子了，难道我穿越了？
化学学士，摄影爱好者，果壳实验室成员
引用 的话：貌似在很久前就看过这篇帖子了，难道我穿越了？相似的内容发过
流体力学才是最美的力学……可惜我连空气动力学都学不好……
那酸奶那种又算什么？本来是粘稠的，近似固体，搅拌后变稀，越来越稀，而且不可逆
这里的黎明静悄悄。。。。
很久前看的电影了。来自
防弹？然而并无实际意义。游土鳖上有人用类似的材料做试验，一枪打碎来自
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