非牛頓流體

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牛頓1687年發表了以水為工作介質的一維剪切流動的實驗結果。

實驗是在兩平行平板間充滿水時進行的(圖1)，下平板固定不動，上

平板在其自身平面內以等速U向右運動。此時附於上下平板的流體質

點的速度分別為U和0，兩平板間的速度呈線性分布。由此得到了著

名的牛頓粘性定律　　

相關理論

斯托克斯1845年在牛頓這一實驗定律的基礎上，作了應力張量是

應變率張量的線性函數、流體各向同性、流體靜止時應變率為零的三

項假設，從而導出了廣泛應用於流體力學研究的線性本構方程，以及

現被廣泛應用的納維－斯托克斯方程。

後來人們在進一步的研究中知道，牛頓粘性實驗定律(以及在此

基礎上建立的納－斯方程)對於描述像水和空氣這樣低分子量的流體

是適合的，而對描述具有高分子量的流體就不合適了，那時剪應力與

剪切應變率之間已不再滿足線性關係。為區別起見，人們將剪應力與

剪切應變率之間滿足線性關係的流體稱為牛頓流體，而把不滿足線性

關係的流體稱為非牛頓流體。

早在人類出現之前，非牛頓流體就已存在，因為絕大多數生物流

體都屬於現在所定義的非牛頓流體[1]。人身上的血液、淋巴液、囊

液等多種體液以及像細胞質那樣的「半流體」都屬於非牛頓流體。現

在去醫院作血液測試的項目之一，已不再說是「血粘度檢查」，而是

「血液流變學檢查」(簡稱血流變)，這就是因為對血液而言，剪應力

與剪切應變率之間不再是線性關係，已無法只給出一個斜率(即粘度)

來說明血液的力學特性。

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