什么是“非依时性流体”?牛顿流体与非牛顿流体有何表观区别?

题目

什么是“非依时性流体”?牛顿流体与非牛顿流体有何表观区别?

答案

非依时性流体
假塑性流体的表观粘度对切应力和剪切速率具有依赖性,随切应力的增大而减小,但当切应力保持恒定时,剪切速率也保持恒定；表观粘度是个常数,不随应力作用的时间而发生变化；这类流体称为非依时性流体.与其相反,有些流体如胶印油墨,在温度不变的情况下,如果剪切速率保持恒定,切应力和表观粘度会随时间延长而减小,或者说它们的流变性受应力作用时间的制约,这种流体称为依时性流体.依时性流体行为称为触变性.
牛顿流体
牛顿流体是指在任意小的外力作用下即能流动的流体,并且流动的速度梯度(D)与所加的切应力(τ)的大小成正比,这种流体就叫做牛顿流体.牛顿流体的流变方程是：τ＝ηD
式中：τ--所加的切应力；
D--流动速度梯度；
η--不依赖于切变速度的常数,叫做黏性系数,简称为黏度
非牛顿流体
牛顿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(图1),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.此时附于上下平板的流体质
点的速度分别为U和0,两平板间的速度呈线性分布.由此得到了著
名的牛顿粘性定律
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、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.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.
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[1].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.
「知无不言.言无不尽.百人誉之不加密.百人毁之不加疏.」-- 诸葛廷栋