
【化】 Newtonian flow
Newton
【化】 newton
flow; flowage; fluxion; on the move; run; stream
【医】 afflux; flow; fluxion; streaming movement
【经】 circulating; floating; flow
牛顿流动(Newtonian Flow)是流体力学中描述牛顿流体运动特性的基本概念。根据经典定义,牛顿流体指剪切应力(τ)与剪切速率($dot{gamma}$)呈线性关系的流体,其数学表达式为: $$ τ = μdot{gamma} $$ 其中μ为动力黏度系数,该公式由艾萨克·牛顿在《自然哲学的数学原理》中首次系统阐述(来源:Encyclopedia Britannica)。
核心特征包含三点:
工业应用中,熔融态玻璃和轻型润滑油属于典型牛顿流体。NASA在航天器燃料输送系统的设计中,特别要求对牛顿流体特性进行建模计算(来源:Journal of Fluid Mechanics)。
该理论在血液流变学研究中有重要延伸,虽然血浆近似牛顿流体,但全血因红细胞存在表现出非牛顿特性(来源:Physical Review Fluids)。
牛顿流动是指流体在流动过程中符合牛顿内摩擦定律的力学行为,其核心特征是剪切应力与剪切速率呈线性正比关系。以下是详细解释:
定义与数学表达式
牛顿流动遵循牛顿内摩擦定律,公式为:
$$tau = mu gamma$$
其中,$tau$ 为剪切应力,$mu$ 为流体黏度(恒定值),$gamma$ 为剪切速率(流速梯度)。该公式表明,剪切应力与剪切速率成正比,且黏度不随外力变化。
黏度特性
牛顿流体的黏度在恒定温度下保持固定,与剪切速率无关。例如,水的黏度不会因搅拌速度改变而发生变化。其流动曲线表现为一条通过原点的直线(见图示)。
典型实例
常见的牛顿流体包括:
与非牛顿流体的区别
|特性 |牛顿流体 |非牛顿流体 |
|----------------|--------------------------|----------------------------|
| 剪切应力-速率关系 | 线性 | 非线性(可能含屈服值或黏度变化) |
| 黏度| 恒定 | 随剪切速率或时间变化|
| 实例| 水、空气 | 番茄酱、牙膏、血液等 |
实验背景
牛顿流动的经典实验是库埃特流动,即两平行平板间流体的低速剪切运动。实验表明,速度分布呈线性,验证了黏度恒定的特性。
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