方柱石

[拼音]：fei-Niudun liuti

[英文]：non-Newtonian fluids

對於牛頓流體，流體的切變速度D與切應力τ成正比，即τ＝ηD，比例係數η即是流體的粘度，它在一定溫度下是個定值，不因τ或D的不同而異。大多數純液體和低分子溶液都是牛頓流體。倘若流體的流動行為與上述關係偏離，則稱為非牛頓流體。

分類

非時間依賴性流體

此類流體的切變速度與切應力間不再是簡單的正比關係，但二者間的函式關係與流體發生切變的時間長短無關。依照 τ＝f(D)函式的不同形式，非時間依賴性流體又可分為三類（圖1）：

（1）塑性流體，或稱賓厄姆體，其特點是切應力須超過一臨界值τy後體系才開始流動。一旦塑性體開始流動，其τ-D之間像牛頓流體一樣呈線性關係。因此，塑性流體的流動行為可用公式τ－τy＝ηPLD描述。式中ηPL稱為塑性粘度，τy即開始流動時的臨界切應力，稱為屈伏值。許多濃分散體系，例如牙膏、油漆、鑽井泥漿等都屬於塑性流體。這些體系內的質點之間形成結構，切應力超過一定值後，結構破壞，體系才開始流動。有些體系也有屈伏值，但在切應力超過屈伏值後，τ-D之間不呈線性關係，稱廣義賓厄姆體。

（2）假塑體，無屈伏值，但切應力與切變速度之比τ/D（通稱為表觀粘度ηa）隨切變速度的增加而下降。最常見的假塑體是大分子溶液。隨著切變速度的增加，溶液中不對稱質點沿流線定向的程度提高，表觀粘度也因而下降。此類流體的流動行為常可用指數公式描述：

τ＝KDn (0＜n＜1)

式中K為常數。

（3）脹流體，無屈伏值，但與假塑體相反，其表觀粘度隨切變速度之增加而升高。此種性質通常見於某些高濃分散體。在靜止時體系中的質點是分散的，流動時質點相碰形成結構，體系的表觀粘度增加。脹流體的流動行為也可用指數公式描述：

τ＝KDn

但此時n＞1。

時間依賴性流體

某些流體的表觀粘度不僅與切變速度的大小有關，而且與體系遭受切變的時間長短有關，此即時間依賴性流體。此種流體又可分為兩類：

（1）觸變性流體，維持流體以恆定切變速度流動的切應力隨時間減小；

（2）震凝性流體，在一定切變速度下，切應力隨時間增加。

絕大多數時間依賴性流體是觸變性流體。觸變性流體內的質點間形成結構，流動時結構破壞，停止流動時結構恢復，但結構破壞與恢復都不是立即完成的，需要一定的時間，因此體系的流動性質有明顯的時間依賴性。在用轉筒式粘度計測量觸變性流體的τ-D曲線時，升高切變速度的上行線與降低切變速度的下行線不重合，形成一個滯後圈，這是觸變性流體的顯著特點（圖2）。

粘彈性流體

某些物質，例如高分子濃溶液或熔體，在顯示粘性流動行為的同時，也具有彈性特徵，此即粘彈性流體。當外力作用於粘彈性流體上時，一部分能量消耗於內摩擦，一部分作為彈性貯存。體系的形變既不像彈性體那樣立即完成，也不像粘性體那樣無限發展，而是隨時間逐漸達到某個平衡形變，這個過程叫做蠕變。若使粘彈性流體迅速發生一形變，則為維持此形變所需的應力隨時間逐漸減小，稱為應力鬆弛。應力減小到初始值的1/e時所需的時間稱為應力鬆弛時間，它反映粘彈性流體的彈性和粘性的相對大小。