非牛顿流体

非牛顿流体是不遵循牛顿粘度定律的流体，即不依赖于应力的恒定粘度。 在非牛顿流体中，粘度会在受力时发生变化，变得更液态或更固态。 例如，番茄酱在摇晃时会变得更稀，因此是一种非牛顿流体。 许多盐溶液和熔融聚合物都是非牛顿流体，许多常见物质也是如此，例如奶油冻、牙膏、淀粉悬浮液、玉米淀粉、油漆、血液、融化的黄油和洗发水。

最常见的是，非牛顿流体的粘度（通过剪切或拉伸应力逐渐变形）取决于剪切率或剪切率历史。 然而，一些具有与剪切无关的粘度的非牛顿流体仍然表现出法向应力差或其他非牛顿行为。 在牛顿流体中，剪切应力和剪切速率之间的关系是线性的，通过原点，比例常数是粘度系数。 在非牛顿流体中，剪切应力和剪切速率之间的关系是不同的。 流体甚至可以表现出随时间变化的粘度。 因此，无法定义恒定的粘度系数。

尽管粘度的概念在流体力学中通常用于表征流体的剪切特性，但它可能不足以描述非牛顿流体。 xxx通过其他几种流变学特性来研究它们，这些流变学特性与许多不同流动条件下的应力和应变率张量有关——例如振荡剪切或拉伸流动——这些是使用不同的设备或流变仪测量的。 使用张量值本构方程可以更好地研究这些性质，这在连续介质力学领域很常见。

当剪切速率增加时，剪切增稠流体或膨胀流体的粘度似乎增加。 悬浮在水中的玉米淀粉是一个常见的例子：当缓慢搅拌时它看起来像乳白色，当剧烈搅拌时它感觉像一种非常粘稠的液体。

一个常见的相反例子是墙面涂料，即剪切稀化流体或假塑性流体：当涂料涂在表面上时，涂料应该很容易从刷子上流下来，但不会滴得太多。 请注意，所有触变性流体都具有极强的剪切稀化性，但它们明显依赖于时间，而胶体剪切稀化流体会立即响应剪切速率的变化。 因此，为避免混淆，后一种分类更明确地称为假塑性。

剪切稀化流体的另一个例子是血液。 这种应用在体内非常受欢迎，因为它可以使血液粘度随着剪切应变率的增加而降低。

具有线性剪切应力/剪切应变关系但在开始流动之前需要有限屈服应力的流体（剪切应力对剪切应变的绘图不通过原点）称为宾厄姆塑料。 几个例子是粘土悬浮液、钻井泥浆、牙膏、蛋黄酱、巧克力和芥末。 宾厄姆塑料的表面在静止时可以保持峰值。 相比之下，牛顿流体在静止时具有平坦无特征的表面。

还有一些流体的应变率是时间的函数。 需要逐渐增加剪切应力以保持恒定应变率的流体称为流变流体。 与此相反的情况是流体会随着时间变稀，需要降低应力才能保持恒定的应变率（触变性）。

许多常见物质表现出非牛顿流动。 这些包括：

• 皂液、化妆品和牙膏
• 黄油、奶酪、果酱、蛋黄酱、汤、太妃糖和酸奶等食物
• 岩浆、熔岩、树胶、蜂蜜等天然物质和香草精等提取物
• 血液、唾液、精液、粘液和滑液等生物体液
• 水泥浆和纸浆等浆液、乳液等