はちみつの横の傾斜面に水を注ぐと、水は間違いなくはちみつよりも速く流れます。これは、流体の粘性属性の結果として発生します。
ニュートン流体は、その流れによって生成される粘性応力が、あらゆる場所で、局所的なひずみ速度、またはその変形が時間とともに変化する速度に線形に比例する流体です。流体の速度ベクトルの変化率が応力を決定します。
粘性応力とひずみ速度を特徴付けるテンソルが、応力状態とは無関係な一定の粘性テンソルによって結合され、流れの速度が流体ニュートンである場合のみ。粘度テンソルは、流体が等方性でもある場合、連続せん断変形および連続圧縮または膨張に対する流体の抵抗をそれぞれ表す 2 つの実数係数に縮小されます。
ニュートン流体は、流体の最も基本的な粘度計算数学モデルです。実際の流体でこの基準を正確に満たすものはありませんが、水や空気などの多くの一般的な液体や気体は、通常の状況下での実際の計算ではニュートンと見なすことができます。
ニュートンの粘度の法則
ニュートンの粘性法則によれば、
速度勾配はせん断応力に正比例します。流体の同じ 2 つの隣接する層の間の速度勾配の負の値は、流体の同じ 2 つの隣接する層の間のせん断応力に正比例します。
次のように表されます:-
ここで、μ は動的粘度として知られる比例定数で、単位は N.s.m-2 です。
液体の種類
ニュートンの粘度の法則に基づいて、流体には次の 2 種類があります。
- ニュートン流体
- 非ニュートン流体
ニュートン流体
ニュートン流体は、粘度が一定のままである流体として定義されます。これらの流体に適用されるせん断応力の量は、経時的な挙動にほとんど影響しません。これらの流体は、粘度とせん断応力の間に線形関係があります。
たとえば、鉱油、水、アルコール、ガソリン。
非ニュートン流体
非ニュートン流体は、せん断応力が適用されると粘度が変化する流体として定義されます。ニュートン流体は、これらの流体の正反対です。
たとえば、化粧品、絵の具、ケチャップ、歯磨き粉。
非ニュートン流体の種類
非ニュートン流体は次の 4 つのカテゴリに分類されます。
- ダイラタント:これらの流体にせん断力がかかると、粘度が増加します。ダイラタント液には、流砂、コーンフラワーと水、パテなどがあります。
- 擬塑性:特定の流体にせん断力がかかると、粘度が低下します。ダイラタント流体は、これらの流体とは正反対です。擬塑性食品にはケチャップが含まれます。
- レオペクティック:せん断応力が長時間にわたって適用されると、これらの流体の粘度が増加します。これらの流体はダイラタント流体に匹敵しますが、時間依存です。レオペクティック液には、クリームや石膏ペーストなどがあります。
チキソトロピック:せん断力が長時間にわたって適用されると、これらの流体の粘度が低下します。チキソトロピック流体には、化粧品や塗料が含まれます。
非ニュートン流体は、せん断応力またはせん断速度の挙動に従って分類することもできます。
- せん断応力が時間の経過とともに変化する流体
- 時間に依存しないせん断応力を持つ流体
ビンガム体
ビンガム塑性として知られる粘塑性物質は、低応力下では剛体のように振る舞いますが、高負荷下では粘性流体のように流れます。 Eugene C. Bingham が数学的な形式を提案したため、彼にちなんで名付けられました。掘削工学とスラリー処理では、泥の動きの標準的な数学モデルです。
結論
単純な流体の流れ抵抗は、粘度の物理的特性によって定義されます。ニュートンの粘度の法則は、機械的応力にさらされた流体のせん断応力とせん断速度の関係を表しています。粘度または粘度係数は、特定の温度と圧力に対して定数であり、せん断速度に対するせん断応力の比率として定義されます。ニュートン流体は、ニュートンの粘性法則に従います。せん断速度は粘度に影響しません。
非ニュートン流体はニュートンの法則に従わないため、その粘度 (せん断応力とせん断速度の比率) は可変であり、せん断速度に依存します。ニュートンの粘度の法則は、動的粘度を粘度係数として定義します。動的粘度を密度で割ることにより、動粘度を計算できます。
