非牛頓流體

非牛頓流體是不遵循牛頓粘度定律的流體，即不依賴于應力的恒定粘度。 在非牛頓流體中，粘度會在受力時發生變化，變得更液態或更固態。 例如，番茄醬在搖晃時會變得更稀，因此是一種非牛頓流體。 許多鹽溶液和熔融聚合物都是非牛頓流體，許多常見物質也是如此，例如奶油凍、牙膏、淀粉懸浮液、玉米淀粉、油漆、血液、融化的黃油和洗發水。

最常見的是，非牛頓流體的粘度（通過剪切或拉伸應力逐漸變形）取決于剪切率或剪切率歷史。 然而，一些具有與剪切無關的粘度的非牛頓流體仍然表現出法向應力差或其他非牛頓行為。 在牛頓流體中，剪切應力和剪切速率之間的關系是線性的，通過原點，比例常數是粘度系數。 在非牛頓流體中，剪切應力和剪切速率之間的關系是不同的。 流體甚至可以表現出隨時間變化的粘度。 因此，無法定義恒定的粘度系數。

盡管粘度的概念在流體力學中通常用于表征流體的剪切特性，但它可能不足以描述非牛頓流體。 xxx通過其他幾種流變學特性來研究它們，這些流變學特性與許多不同流動條件下的應力和應變率張量有關——例如振蕩剪切或拉伸流動——這些是使用不同的設備或流變儀測量的。 使用張量值本構方程可以更好地研究這些性質，這在連續介質力學領域很常見。

當剪切速率增加時，剪切增稠流體或膨脹流體的粘度似乎增加。 懸浮在水中的玉米淀粉是一個常見的例子：當緩慢攪拌時它看起來像乳白色，當劇烈攪拌時它感覺像一種非常粘稠的液體。

一個常見的相反例子是墻面涂料，即剪切稀化流體或假塑性流體：當涂料涂在表面上時，涂料應該很容易從刷子上流下來，但不會滴得太多。 請注意，所有觸變性流體都具有極強的剪切稀化性，但它們明顯依賴于時間，而膠體剪切稀化流體會立即響應剪切速率的變化。 因此，為避免混淆，后一種分類更明確地稱為假塑性。

剪切稀化流體的另一個例子是血液。 這種應用在體內非常受歡迎，因為它可以使血液粘度隨著剪切應變率的增加而降低。

具有線性剪切應力/剪切應變關系但在開始流動之前需要有限屈服應力的流體（剪切應力對剪切應變的繪圖不通過原點）稱為賓厄姆塑料。 幾個例子是粘土懸浮液、鉆井泥漿、牙膏、蛋黃醬、巧克力和芥末。 賓厄姆塑料的表面在靜止時可以保持峰值。 相比之下，牛頓流體在靜止時具有平坦無特征的表面。

還有一些流體的應變率是時間的函數。 需要逐漸增加剪切應力以保持恒定應變率的流體稱為流變流體。 與此相反的情況是流體會隨著時間變稀，需要降低應力才能保持恒定的應變率（觸變性）。

許多常見物質表現出非牛頓流動。 這些包括：

• 皂液、化妝品和牙膏
• 黃油、奶酪、果醬、蛋黃醬、湯、太妃糖和酸奶等食物
• 巖漿、熔巖、樹膠、蜂蜜等天然物質和香草精等提取物
• 血液、唾液、精液、粘液和滑液等生物體液
• 水泥漿和紙漿等漿液、乳液等