Неньютоновская жидкость

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к: навигация, поиск
Механика сплошных сред
Сплошная среда

Если в движущейся жидкости её вязкость зависит только от её природы и температуры и не зависит от градиента скорости, то такие жидкости называют ньютоновскими. К ним относятся практически все однородные жидкости. Вода с хорошей степенью точности является ньютоновской жидкостью.

Когда жидкость неоднородна, либо состоит из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры, то при её течении вязкость зависит от градиента скорости. Такие жидкости называют неньютоновскими.

[править] Реологические модели жидкостей

Классификация производится по зависимости вязких напряжений от скорости сдвига (градиента скорости) \dot \gamma = \left| \frac{\partial \vec v}{\partial z} \right|, где \vec v — скорость течения.

  • Ньютоновская жидкость — линейный закон: \sigma = \alpha \dot \gamma
  • Степенная жидкость — нелинейная, закон степенной: \sigma = \alpha \dot \gamma^n
    • Псевдопластик — n < 1, при медленных движениях вязкость велика, затем убывает.
    • Дилатантная жидкость — n > 1, вязкость растёт с увеличением скорости.
  • Бингамовский пластик — модель Бингама подобна модели сухого трения:\sigma = \begin{cases}
\sigma_0 + \alpha \dot \gamma, \dot \gamma > 0 \\
-\sigma_0 + \alpha \dot \gamma, \dot \gamma < 0
\end{cases}

Отдельным случаем неньютоновских жидкостей являются тиксотропные и реопексные жидкости[1], вязкость которых изменяется с течением времени.

Хорошим примером бингамовской жидкости является краска — за счёт действия связующих веществ возникает порог для напряжения сдвига, и она способна образовывать неподвижные слои на вертикальных поверхностях. Любые другие жидкости будут стекать вниз. Для неньютоновских жидкостей возможно наблюдение и других эффектов, связанных с нелинейностью либо существованием порога. Стоит отметить, что усложнение зависимости вязких напряжений заставляет отказаться от «традиционного» уравнения Навье — Стокса для ньютоновской жидкости.