任一點上(shang)的剪(jian)應力都同(tong)剪(jian)切變形(xing)速率呈(cheng)線性函(han)數關系的流體稱為牛頓流體。
1687年(nian),I.牛(niu)頓首先(xian)做了最簡單的剪切流動實(shi)驗。他的實(shi)驗如圖1所示。在平(ping)(ping)行(xing)平(ping)(ping)板之間充滿粘性流體,平(ping)(ping)板間距為(wei)d,下(xia)板B靜(jing)止不(bu)動,上(shang)板C以速度U在自己平(ping)(ping)面內等速平(ping)(ping)移。由(you)于板上(shang)流體隨平(ping)(ping)板一起運(yun)動,因此附(fu)在上(shang)板的流體速度為(wei)U,附(fu)在下(xia)板的流體速度為(wei)零。
假設流體是各向(xiang)同性(xing)的(de),應力張(zhang)量和變形速率張(zhang)量呈線性(xing)齊次函(han)數關系(xi),則它們之(zhi)間的(de)最一般線性(xing)關系(xi)式(shi)為:
式中為(wei)(wei)(wei)應力(li)張(zhang)量,p為(wei)(wei)(wei)各向(xiang)同性壓力(li),為(wei)(wei)(wei)偏(pian)應力(li)張(zhang)量;為(wei)(wei)(wei)變(bian)形速率(lv)張(zhang)量;為(wei)(wei)(wei)各向(xiang)同性體積變(bian)形速率(lv)張(zhang)量;為(wei)(wei)(wei)克羅內克符號(hao);為(wei)(wei)(wei)膨脹粘(zhan)性系數。式(2)就是(shi)廣(guang)義牛頓粘(zhan)性定(ding)律的數學表達式。
公(gong)式(1)(2)是牛頓流體的重要標志,也是確定流體流動時必不可(ke)少(shao)的本構方程。
自然(ran)界(jie)中許多(duo)流(liu)(liu)體是牛(niu)頓流(liu)(liu)體。水、酒(jiu)精等(deng)(deng)大多(duo)數純液體、輕質油、低(di)分(fen)子(zi)化合物(wu)(wu)溶液以及低(di)速流(liu)(liu)動的氣體等(deng)(deng)均為牛(niu)頓流(liu)(liu)體;高分(fen)子(zi)聚合物(wu)(wu)的濃溶液和懸浮液等(deng)(deng)一般(ban)為非(fei)牛(niu)頓流(liu)(liu)體。