牛顿流体

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英文译名:Newtonian Fluid

牛顿流体是指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。凡不同于牛顿流体的都

牛顿流体演示

称为非牛顿流体

牛顿内摩擦定律表达式:τ=μγ

式中:τ--所加的切应力;

γ--剪切速率(流速梯度);

μ--度量液体粘滞性大小的物理量,简称为黏度,物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。

从流体力学的角度来说,凡是服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体,否则称为非牛顿流体。

所谓服从内摩擦定律是指在温度不变的条件下,随着流速梯度的变化,μ值始终保持一常数。

水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体;高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。  

具体内容

任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体。最简单的牛顿流体流动是二无限平板以相对速度U相互平行运动时,两板间粘性流体的低速定常剪切运动(或库埃特流动)。

1687年,I.牛顿首先做了最简单的剪切流动实验。他的实验如图所示。在平行平板之间充满粘性流体,平板间距为d,下板B静止不动,上板C以速度U在自己平面内等速平移。由于板上流体随平板一起运动,因此附在上板的流体速度为U,附在下板的流体速度为零。实验指出,两板之间的速度分布u(y)服从线性规律。作用在上板的力同板的面积、板的运动速度成正比,同间距d成反比。由此得出: (1)

式中τ为剪应力;为剪切变形速率;μ为流体动力粘性系数(即粘度)。这就是著名的牛顿粘性定律。凡是符合此定律的流体称为牛顿流体,否则是非牛顿流体(见非牛顿流体力学)。 假设流体是各向同性的,应力张量和变形速率张量呈线性齐次函数关系,则它们之间的最一般线性关系式为: pij=-ij+2μ(sij-δij)+μδij, (2)

式中pij为应力张量;pij=-ij+τij,P为各向同性压力,τij为偏应力张量;sij为变形速率张量;为各向同性体积变形速率张量;δij为克罗内克符号;μ┡为膨胀粘性系数。式(2)就是广义牛顿粘性定律的数学表达式。

公式(1)(2)是牛顿流体的重要标志,也是确定流体流动时必不可少的本构方程。自然界中许多流体是牛顿流体,例如水、空气等。  

分类

流体按压缩性的大小分气体和液体。气体极易压缩,亦称称为可压缩流体;液体几乎不可以压缩,既称为不可压缩流体。

流体按变形特点又分为牛顿流体和非牛顿流体。

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