Nem newtoni folyadék

A nem newtoni folyadékot folyadéknak nevezzük , melynek során viszkozitása a sebességgradienstől függ [1] [2] . Az ilyen folyadékok jellemzően erősen inhomogének, és nagy molekulákból állnak, amelyek összetett térbeli struktúrákat alkotnak.

A legegyszerűbb szemléltető háztartási példa a keményítő és kis mennyiségű víz keveréke . Minél gyorsabb a külső hatás a folyadékban szuszpendált kötőanyag - makromolekulákra , annál nagyobb a folyadék viszkozitása.

Történelem

A 17. század végén Isaac Newton észrevette, hogy evezőkkel gyorsan evezni sokkal nehezebb, mint ha lassan . Megfogalmazta azt a törvényt, amely szerint a nyírási áramlások során a folyadék rétegei közötti nyírófeszültségek a szomszédos rétegek relatív mozgási sebességével arányosan növekednek (Newton eredeti megfogalmazása A. N. Krylov fordításában : „Az ellenállás, amely a a folyadék csúszósságát egyébként azonos körülmények között arányosnak feltételezzük azzal a sebességgel, amellyel a folyadék részecskéi egymástól elválik." Newton emellett felhívta a figyelmet a folyadékok sajátosságaira, amikor egy, a Napot ábrázoló henger vízben forgatásával próbálta szimulálni a Naprendszer bolygóinak mozgását. Ha a henger forgását fenntartjuk, akkor a forgás fokozatosan átkerül a folyadék teljes tömegére. Ezt követően a folyadékok ilyen tulajdonságainak leírására a "belső súrlódás" és a " viszkozitás " kifejezéseket kezdték használni, amelyek ugyanazt az eloszlást kapták.

Newtonnak ezek a munkái jelentették a viszkozitás és a reológia (a fizika egyik ága, amely az anyag deformációját és folyékonyságát vizsgálja) tanulmányozásának kezdetét .

Folyadékok reológiai modelljei

Az osztályozás [3] [4] a viszkózus feszültségek nyírási sebességtől (sebességgradiens) való függésén alapul , ahol az áramlási sebesség. ${\pont \gamma }=\left|{\frac {\partial {\vec v)){\partial z))\right|$ ${\vec {v}}$

Newtoni folyadék - lineáris törvény: $\sigma =\alpha {\pont \gamma}$
A teljesítményfolyadék nemlineáris, a teljesítmény törvénye: $\sigma =\alpha {\pont \gamma }^{n}$
- Pszeudoplasztikus - , lassú mozdulatokkal a viszkozitás magas, majd csökken. $n<1$
- Dilatáns folyadék - a viszkozitás a sebesség növekedésével növekszik. $n>1$
A Bingham műanyag (Bingham fluid, Bingham modell) hasonló a száraz súrlódású modellhez :

$\sigma ={\begin{cases}\sigma _{0}+\alpha {\pont \gamma },{\pont \gamma }>0\\-\sigma _{0}+\alpha {\pont \gamma },{\pont \gamma }<0\end{cases}}$

A Bingham-folyadék jó példája a festék - a kötőanyagok hatására létrejön a nyírófeszültség küszöbe, és képes rögzített rétegeket képezni a függőleges felületeken. Minden más folyadék lefolyik. A nem-newtoni folyadékok esetében a nemlinearitáshoz vagy egy küszöbértékhez kapcsolódó egyéb hatások is megfigyelhetők. Érdemes megjegyezni, hogy a viszkózus feszültségek függésének bonyolultsága arra kényszerít bennünket, hogy feladjuk a "hagyományos" Navier-Stokes egyenletet egy newtoni folyadékra a viszkózus tenzor modell bonyolításával .

A nem newtoni folyadékok külön esetei a tixotróp és a reopex folyadékok [5] , amelyek viszkozitása idővel változik.

Egy másik osztályozás a viszkozitásnak a nyírási sebesség nagyságától való függése szerint történik : $\eta$ ${\pont \gamma }$

${\frac {d\eta }{d{\dot \gamma ))}>0$ dilatáns folyadék esetének felel meg ;
${\frac {d\eta }{d{\dot \gamma ))}<0$ pszeudoplasztikus folyadék esetének felel meg .

A dilatáns folyadékok tipikus példái a szilárd anyagok koncentrált szuszpenziói (például futóhomok ); pszeudoplasztikus - polimer olvadékok és oldatok.

A kultúrában

A népszerű példák közé tartoznak a " Hand Gum " és a " Slime " játékok.

Lásd még

Jegyzetek

↑ Wilkinson W. L. Nem newtoni folyadékok. / per. angolról. - M. , 1964
↑ Astarita J., Marrucci J. A nem-newtoni folyadékok hidromechanikájának alapjai. / per. angolról. - M., 1978.
↑ Reiner M. Rheology. / per. angolról. - M., 1965.
↑ Shulman 3. P. Beszélgetések a reofizikáról. - Mn. , 1976.
↑ Anyagok reológiai tulajdonságainak tanulmányozása . Letöltve: 2008. október 26. Az eredetiből archiválva : 2017. május 15. (határozatlan)

Irodalom

Wilkinson W. L. Nem newtoni folyadékok. / per. angolról. - M. , 1964.
Astarita J., Marrucci J. A nem-newtoni folyadékok hidromechanikájának alapjai. / per. angolról. - M., 1978.
Reiner M. Rheology. / per. angolról. - M., 1965.
Shulman 3. P. Beszélgetések a reofizikáról. - Mn. , 1976.