这是你理解的非牛顿流体吗？？？

1.1牛顿流体介绍

在介绍什么是非牛顿流体之前，我们要先了解什么是牛顿流体。所谓的牛顿流体，其流动特性遵循牛顿流体定律。

在1687年，牛顿进行了一项基础的剪切流动实验。实验中，他使用了两个平行的平板，它们之间充满了粘性流体，且平板之间的距离为d。

在这个设置中，底部的平板B保持静止，而顶部的平板C则以恒定速度U在其平面内进行匀速平移。由于流体与平板的接触，紧挨着上板的流体层会随着上板以速度U移动，而紧挨着下板的流体层则保持静止。

1.2牛顿内摩擦定律

实验获得了流体的剪切应力（即流体层之间的摩擦力）与剪切速率（即流体层之间的相对速度）之间的关系。这一关系可以用以下简单的线性方程来表示：

其中：

- τ 是剪切应力（单位：帕斯卡，Pa），

-  μ是流体的粘度（单位：帕秒，Pa·s），

- du/dy是速度梯度，即流体速度在垂直于流动方向上的变化率（单位：秒⁻¹，s⁻¹）

牛顿内摩擦定律可以类比为你和朋友相处，无论你做什么，他都会打击你，你想要努力上进，他就像一种无形的阻力，总是拖住你，让你难以施展才华。你越是努力想要有所突破，他的阻力就越大，拉住你的力气也越强。

1.3 牛顿流体的理解

对于牛顿流体，μ是一个常数，和流体的种类相关。

类比到我们生活中的一些现象，我们能明显感觉到油比水要粘稠很多，水又要比空气粘稠很多，这里粘稠的感觉就是通过粘度来表达的。

μ与流体的剪切应力和剪切速率无关，这句话有点拗口，但其实非常重要，我们想象一个场景，你在泳池里游泳，你游得越快，你受到的阻力越大，这很符合我们的生活常识。

如果这句话不成立，你可能会发现，当你试图快速游泳时，流体变得更粘稠，这就像是流体在“抵抗”你的运动，好像本来在水里游泳，游得越快，水越粘稠，变成了在油里游泳，最后甚至可能变成沙子。

我们之所以没有这种感觉，是因为我们生活中经常遇到的很多流体都是牛顿流体，包括水、稀薄的溶液、轻质油和空气等。

2.1非牛顿流体介绍

实际上流体并不全都遵循牛顿流体定律，也就是粘度会随着剪切应力或剪切速率的变化而变化（类似上面的游泳例子）。这些流体被称为非牛顿流体。

2.2非牛顿流体的原理

非牛顿流体的流动特性不能用牛顿流体的简单线性关系来描述，即它们的剪切应力与剪切速率之间的关系不是恒定的。对于非牛顿流体，可以用下列的公式来表达：

其中，k是流变系数，n是流变指数。如果 n=1，流体为牛顿流体；

如果 n<1，则为剪切稀化流体；而 n>1，流体为剪切增稠流体。

和牛顿流体类似，非牛顿流体类似你的朋友情绪及其不稳定，而且难以捉摸，他时而轻松，时而沉重。有时候非常支持你的努力，为你加油打气。有时候又特别的打击你，甚至百般阻挠你前进的脚步。

2.3非牛顿流体的分类

实际上非牛顿流体的种类很多，我们经常看到短视频上面的水淀粉只是其中一种。

剪切稀化流体的黏度随着剪切速率的增加而减小。这类流体在静止时表现为粘稠，但一旦施加外力，黏度就会下降，流动变得更容易。

通俗理解就是欺软怕硬，你强它就弱，你弱它就强

常见的例子有：油漆、血液，洗发水，流沙，粮仓、沼泽地等

人陷入粮仓，越挣扎越下陷

人站在液体化的沙地上

犀牛在沼泽地中挣扎

剪切增稠流体的黏度随着剪切速率的增加而增大。当你施加力使它们流动时，它们变得更粘稠。

也就是我们经常在各类视频上看到的，遇强则强，遇弱则弱

常见的例子有：

人快速走在非牛顿流体上面，能实现“轻功水上漂”

最常见的非牛顿流体--水淀粉，在家就能够自己制作

非牛顿流体的减速带，车在上面缓慢的行走，不会有颠簸感

口香糖能扎破椰子

人陷入沼泽地中的自救

非牛顿流体在扬声器上面的振动

宾汉姆塑性流体在超过一定的剪切应力后才开始流动。在屈服应力以下，它们表现得像固体。超过屈服应力后，它们表现为牛顿流体。

通俗理解为“懒得动，但也能动”。就像一个懒得动的人，平时不愿意动，除非你给它足够的推动力，一旦被推得动了，它就顺从地跟着走了。

常见的例子有：

当你挤牙膏时，你会发现牙膏在没有受到挤压力时，它保持固体形态，安静地待在牙膏管内，表现得像一个固体，只有当施加的压力超过某个阈值时，牙膏才会从管口流出来，表现出液体的特性。

泥浆的流动也是宾汉姆塑性流体

这类流体既具有黏性，也具有弹性特性。当受到外力时，它们的形状不仅会改变，还可能会储存一些能量，并在外力撤去时部分恢复原状。

类似电视剧中非常不争气的纨绔子弟，你推他一下，他就动一下，但是只要你不推他了，那就立马恢复到原来的状态了。

常见的黏弹性流体是硅胶玩具，比如那种可以拉长、捏扁但又能慢慢恢复原状的“橡皮泥”玩具。当你用力拉长它时，它会被拉伸得很长，这是黏性的表现；但当你停止拉伸后，它会缓慢地恢复原来的形状，这是弹性的表现。

各种小玩具，用力摔向地面，一会就会恢复

用手压面粉团，面粉团会慢慢恢复原状

CFD软件模拟非牛顿流体