
【化】 Newtonian fluid
Newton
【化】 newton
fluid; liquid; water
【化】 fluid
牛頓流體(Newtonian Fluid)是流體力學中基于本構方程定義的理想化流體模型,其核心特征為剪切應力與剪切速率呈線性正比關系,且比例系數為恒定粘度值。該定義源于艾薩克·牛頓在1687年《自然哲學的數學原理》中提出的流體運動定律,數學表達式為:
$$ tau = mu cdot frac{du}{dy} $$
其中$tau$表示剪切應力,$mu$為動力粘度,$frac{du}{dy}$是速度梯度(剪切速率)。典型實例包括水(粘度為0.001 Pa·s,20℃)、空氣和甘油。這類流體在管道輸送(如輸油管道設計)、食品加工(牛奶巴氏殺菌)和生物醫學工程(血液模拟實驗)等領域具有重要應用。
與觸變性流體不同,牛頓流體的粘度不受剪切持續時間影響,且在穩定溫度下保持恒定。美國國家标準與技術研究院(NIST)的流變學數據庫顯示,約80%常見流體符合牛頓流體特性。最新研究通過微流控技術驗證了該模型在納米尺度流動中的有效性(參見《物理評論流體》2024年6月刊)。
牛頓流體是符合牛頓黏性定律的流體,其特性與日常生活和工程應用密切相關。以下是詳細解釋:
1. 定義與數學表達 牛頓流體的剪應力(τ)與剪切速率(du/dy)呈線性關系,公式為: $$ τ = μ cdot frac{du}{dy} $$ 其中μ為動力黏度,單位為Pa·s。黏度僅受溫度和壓力影響,與流動狀态無關。
2. 核心特性
3. 常見實例
4. 應用領域
對比延伸:非牛頓流體(如血液在高剪切速率下呈現的剪切稀化特性)需用幂律方程描述,其黏度隨剪切速率變化,這與牛頓流體形成鮮明區别。
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