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牛顿流体内摩擦定律
牛顿流体内摩擦定律
the newton inner friction law流体相对运动时,其剪应力τ与剪切速率du/dy间呈线性正比关系的流体,因其符合牛顿摩擦...液体的温度愈高，粘度愈小。大多数纯液体、轻烃溶液和某些润滑油都属于牛顿流体。含蜡原油在蜡晶未析出或析出很少时也是牛顿流体。
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液黏调速离合器是依据牛顿液体内摩擦定律,即摩擦片间液体的黏性和油膜的剪切作用而形成的一种新型流体传动装置,可以实现主动部分与从动负载之间的分离、接合和无级调速。为了准确方便地计算
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正近日,由山东能源新汶矿业集团旗下山能源机械研发的"液黏调速离合器复合过油槽"获得国家专利局的实用新型专利授权。该专利技术以流体力学中的牛顿内摩擦定律为基础,利用流体的黏性或称油
在分析牛顿液体内摩擦定律的运动速度分布规律基础上，推导出计算磁流体运动中摩擦功率损失的公式；并根据热力学理论绘出温度分布曲线，依据曲线推导出热流量的计算公式。在绝热条件下两公式计
为了研究湿式多片换档离合器带排转矩的形成机理,建立湿式离合器的带排转矩预测模型.根据黏性流体力学中层流理论的Navier-Stokes方程,考虑到分离间隙中冷却润滑油膜的离心惯性
根据车流性质 ,引入流体力学中的动力粘度概念 ,由牛顿内摩擦定律建模 ,推导出机动车道上车辆在具体运动条件下运动特性的变化 ,对非机动车道对机动车道干扰这一复杂现象进行了量化。最
卧式旋转圆筒粘度计是一种新型的粘度计。它不同于常见的直立式旋转圆筒粘度计,在结构、测试原理、测试方法等方面都有它自己的特点。本文简单地介绍了卧式旋转圆筒粘度计的结构;从牛顿内摩擦
正 众所熟知,牛顿内摩擦定律是流体动压润滑基本方程——雷诺方程的基本依据;并且还可用来估算和求解机械设计中的某些问题。因此,它的应用是十分广泛的。这里我们通过机械设计中的实例,分
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非牛顿流体力学
是由发展起来的研究应力和应变的关系和非牛顿流体流动问题的分支学科。是和剪切变形速率之间不满足线性关系的流体。自然界中存在着大量非牛顿流体，例如油脂、油漆、牛奶、牙膏、动物血液、泥浆等。非牛顿流体力学在、、、、、等许多部门有广泛的应用。
非牛顿流体力学简史
非牛顿流体力学的研究始于1867年J.C.麦克斯韦提出线性粘弹性模型，由于粘弹性流体问题复杂以及当时流体力学大量的研究工作主要集中在方面，所以进展十分缓慢。第二次世界大战结束后,化学纤维、塑料、石油等工业的迅速发展，向非流体力学提出了社会需求;、等学科的不断提高,为非牛顿流体力学提供理论基础。1950年J.G.奥尔德罗伊德提出建立非牛顿流体本构方程的基本原理，把线性推广到非线性范围。以后，W.诺尔、J.L.埃里克森、R.S.里夫林、C.特鲁斯德尔等人对非线性粘弹性理论的发展也作出贡献。1976年K.沃尔特斯等人创办国际性专门刊物《非牛顿流体力学杂志》(Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics)。70年代后期出版了非牛顿流体力学、聚合物加工、流变技术等非牛顿流体力学的专门著作。非牛顿流体力学已发展成为一个独立的。
非牛顿流体力学研究内容
非牛顿流体依照本构方程的不同可分为三类：广义牛顿流体、有时效的非牛顿流体和粘弹性流体。
非牛顿流体力学广义牛顿流体
广义牛顿流体和应力历史无关的非牛顿流体。自然界中大多数浆糊状的流体、、塑料熔质等都是广义牛顿流体。它的本构方程可表示为：
为剪切变形速率；
为剪应力。广义牛顿流体曲线如图1所示。下述三种流体都是广义牛顿流体。
①塑性流体当剪应力低于屈服应力
时，流体静止并有一定刚度；当剪应力超过
时，流体流动。自然界中含有细砂的悬浮液，以及石油钻井的泥浆就是这种流体。较常见的塑性流体有宾厄姆塑性（流）体、广义宾厄姆塑性（流）体和卡森塑性流体。宾厄姆塑性(流)体的本构方程可写作：
通常称为。广义塑性（流）体的本构方程为
函数。的本构方程为：
人和牛的血液颇符合卡森方程。
②拟塑性流体：它的粘度随剪切变形速率的增加而减小。这一特性和拟塑性流体在受剪时趋向于有关。描述拟塑性流体常用本构方程是：
式中K为模量指数；n为幂律指数,n&1。玉米面糊就是一种膨胀流体。自然界中只有很少的流体是膨胀流体。
非牛顿流体力学有时效的非牛顿流体
有时效的非牛顿流体应力不仅同变形速率而且同时间有关的非牛顿流体，分为触变流体和触稠流体两类。大部分胶状液体都是触变流体,其特性是静止时粘稠,甚至呈固态，搅动后变稀而易于流动。触变流体在亚微观状态下是线性或网状结构。搅动时，这些结构被破坏，静止后，它们又重新形成。凝胶漆就是典型的触变流体。和触变流体相反，触稠流体的粘度是随时间而增加的。这类流体比较稀少，也无工业价值。　　有时效的非牛顿流体的本构方程为：
式中λ(0&λ&)时，结构完全破坏；g(λ，
)在平衡状态时等于零。μ和g可由实验确定。
非牛顿流体力学粘弹性流体
：兼有粘性效应和弹性效应的流体。自然界中许多极粘稠流体(例如沥青)就是粘弹性流体。粘弹性流体可分为线性粘弹性流体和非线性粘弹性流体。
①线性粘弹性流体　应力和应变及其导数之间呈线性关系的流体。它的粘性效应用牛顿粘性定律描述。剪切变形速率为
，式中μ为动力粘性系数。它的弹性效应用描述,剪切变形为
,式中G为剪切模量。总的变形率为
，式中λ=μ/G为松弛时间。满足此本构方程的流体称为麦克斯韦流体。这种流体可以用一个弹簧和一个粘壶的串联模型来模拟。实际材料的性质虽然复杂得多，但仍可用一系列的弹簧和粘壶的组合来模拟。
②非线性粘弹性流体　张量和变形速率张量之间呈非线性关系的流体。
一个流体基元的应力状态可写作：
,式中τij为应力张量；Tij为偏应力张量；p为各向同性压力；δij为克罗内克符号。例如，在大分子溶液和聚合物溶液的定常流动中,当夲增加时,粘度会发生变化,这是由于在流体内每一点上存在各向异性的应力状态而产生的。非线性粘弹性流体通常有以下几种模型：二阶流体模型、非线性麦克斯韦模型、奥尔德罗伊德三常数模型。二阶流体模型的本构方程为：
式中Aij里夫林-埃里克森张量，即变形速率张量的两倍；δ)/δ)t为牵连导数;β1、β2为材料常数。非线性麦克斯韦模型由线性麦克斯韦模型推广而得，其本构方程为：
奥尔德罗伊德三常数模型的本构方程为：
式中λ1为松弛时间；λ2为材料常数。
此外还有广义二阶流体、三阶流体等微分型模型，各种广义麦克斯韦模型，隐含模型（或称广义奥尔德罗伊德模型），积分型模型，根据粘弹性分子理论提出的哑铃模型、小球-弹簧模型，以及网络模型等等。
非牛顿流体力学广义牛顿流体
非牛顿流体流动具有与牛顿流体流动截然不同的特性，下面分别简要说明广义牛顿流体流动、有时效的非牛顿流体流动、粘弹性流体流动。
广义牛顿流体流动：塑性流体、膨胀流体和拟塑性流体都是广义牛顿流体，它们的流动特性是不同的。
①塑性流体在管中流动时，轴线附近的塑性流体所受的剪应力小于它的屈服应力，因此这种流体类似固体在管中平移；壁面附近的流体则因剪应力超过屈服应力而处于流动状态。
②拟塑性流体（或膨胀流体）在管道中流动时，流量和压差的关系是非线性的，而牛顿流体在管道中流动时，这种关系是线性的。
非牛顿流体力学有时效的非牛顿流体流动
以触变流体为例，若将触变流体装入同心圆筒式粘度计的环形缝隙中，则在流体静止一段长时间后，让任一圆筒以等速旋转，就可发现流体的粘度（表现为另一圆筒上的转矩）随时间而减小。如果剪切变形速率先不断增加，后又不断减小，可以发现触变流体具有滞回效应。对于不同直径和长度的管子，流动状态是不同的，管子越长，管径越小，触变现象越明显。
粘弹性流体流动：粘弹性流体流动是非牛顿流体流动中研究得最为深入的一部分。其典型的流动有：
①定常剪切流动：一种测粘流动，可把它设想为许多层不可伸长的物质面相互之间的滑动。其变形速率和偏应力张量是：
流动由三个材料函数表示:表观粘度、第一法向应力差系数 和第二法向应力差系数应力差系数。
粘弹性流体的库埃特流动和均属这种流动。例如在自由面上，粘弹性效应能以外森伯效应的形式表现出来,即粘弹性流体有沿旋转棒向上爬的倾向。如果把牛顿流体放入容器，它会沿容器壁向上爬升。粘弹性流体从管内自由流出时，通常可以看到射流膨胀现象,这种现象称为挤出物膨胀。例如，聚苯乙烯在175～200℃条件下较快挤出时,直径膨胀达2.8倍；而牛顿流体从管中流出时则会收缩。以上现象都是由于粘弹性流体受剪切时产生法向应力差的结果。
②伸长流动：此种流动类似于固体的简单拉伸。其变形速率和偏应力张量如下：
式中k为伸长应变。而
为拉伸粘度,它是k的函数。粘弹性流体拉伸粘度与剪切粘度的比值称为特劳顿比。对于牛顿流体,这个比值是3；对于粘弹性流体，由于拉伸粘度随着变形速率增加而增加，这个比值可达到 10～
量级。因此在伸长流动中会产生开口虹吸现象。如果把管子一端插入粘弹性流体，由于虹吸作用，流体经管道流出。如果把插入流体中的管端提出液面,流体仍然会被吸引上来。
在塑料工业中，大多数加工过程，如纤维拉丝和薄膜吹塑等基本上是伸长流动。渗流和润滑膜的流动也类似于伸长流动。
③收缩流动：这是介于剪切流动和伸长流动之间的一种复杂流动。在这种流动中，牛顿流体和粘弹性流体也有不同的流场。牛顿流体在中心产生环流，粘弹性流体则在壁面产生环流。塑料通过一个收缩口被挤入铸模的流动，聚合物通过喷丝口的流动，大小血管之间血液的流动等都属于收缩流动。
此外，还有非定常剪切流动等。
非牛顿流体力学流动稳定性
主要研究非牛顿流体定常流动在什么条件下受到小扰动仍然是稳定的。这方面的研究取得一些成果。在圆筒库埃特流动中，粘弹性流体的弹性对稳定性影响依赖于所选择的本构方程和第二法向应力差。若二圆筒的间隙比半径小很多，当第二法向应力差大于零时,弹性使流动失稳,小于零时正好相反。又如，在大下的平面泊肃叶流动（见）和斜面流动中，粘性流体的弹性可使流动失稳；在大雷诺数的斜面流动中，粘塑流体的塑性可增加流动的稳定性。另外，在聚合物通过一个收缩口被挤入铸模的流动中，不稳定流动会使塑料产品表面产生裂纹。在聚合物的纺丝流动中，不稳定流动除了产生表面裂纹外，还会产生拉丝共振现象，即纤维直径和法向应力的周期振动。在聚合物加工过程中，小流动也会出现不稳定性。流动稳定性的研究，对于化工、化纤、胶片制造等工艺都是十分重要的。
非牛顿流体力学实验手段和方法
研究和确定非牛顿流体的材料函数和流动特性，常用的主要测试手段有：
同心圆筒式和锥板式旋转粘度计：它们使试样产生一均匀的剪切变形速率，通过测量相应的剪切力，直接确定剪应力和剪切变形速率之间的关系，从而算出非牛顿流体的粘度。锥板式粘度计还可测量流体作用在静止板上的总力，以确定法向应力差。
导管粘度计：通过测量压力梯度和体积流量，导出剪应力和剪切变形速率之间的关系。它的数据处理比旋转粘度计复杂，适应性小，但结构简单并可用作高剪切速率粘度计。此外还有测伸长粘度的伸长流变仪等。
常用的测试方法有：
动态试验：使材料作正弦变化的剪切运动，跟踪观测产生应力的振幅和相位移并作频率响应分析，可得流体的动态性能。
应力松弛试验：以常速率剪切流体，足够长时间后流体的流动达定常状态，再突然停止运动。画出应力和时间的曲线可确定松弛时间。[1]
陈文芳．《非牛顿流体力学》．北京：科学出版社，1984
中国力学学会是国际理论...
提供资源类型：内容资料介绍书名:非牛顿流体力学作者:陈文芳著出版社:科学出版社出版时间:1984.9页数:231页
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非牛顿流体与非牛顿流体力学
【摘要】：正 一、非牛顿流体人类在探索大自然的内在规律的过程中,总是不断地有所发现,有所创新。力学家们曾长期研究服从牛顿常粘度定律的牛顿流体,这首先由于牛顿流体,如空气和水,对人类社会生产发展具有重要作用。然而,随着生产和科学技术的发展,发现在自然界广泛存在非牛顿流体,即不服从牛顿常粘度定律的流体。在日常生活中常见的蛋白、蜂蜜、牛奶等流体状态的物质均属于非牛顿流体。对于这类流体,当它受到应力作用时,连续改变其形状,其状态
【作者单位】：
【关键词】：
【正文快照】：
一、非牛顿流体 人类在探索大自然的内在规律的过程中,总是不断地有所发现,有所创新。力学家们曾长期研究服从牛顿常粘度定律的牛顿流体,这首先由于牛顿流休,如空气和水,对人类社会生产发展具有重要作用。然而,随着生产和科学技术的发展,发现在自然界广泛存在非牛顿流体,即不
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