Неньютонівська рідина

Неньюто́нівська рідина́ (англ. non-Newtonian [complex] fluid; нім. nicht-Newtonsche Flüssigkeit f) — модель рідини, що є суцільним рідким тілом, для якого дотичні напруження внутрішнього тертя ${\displaystyle \tau }$, спричиненого відносним проковзуванням (зсувом) шарів рідини описуються нелінійною залежністю від градієнта швидкості у напрямі, перпендикулярному до напрямку проковзування. На відміну від ньютонівських рідин, коли є константою при заданій температурі і тиску, особливість неньютонівських рідин полягає у залежності параметра в'язкості від градієнту швидкості.

Як синонім до терміну «неньютонівська рідина» вживається, також, термін «аномальна рідина».

Класифікація неньютонівських рідин

Класифікація рідин за видом залежності дотичних напружень від градієгту швидкості.

Класифікація рідин за видом залежності дотичних напружень від градієгту швидкості.

Неньютонівські рідини у залежності від характеру течії та виду функціонального зв'язку швидкості деформації та швидкості зсуву підрозділяють на три основних категорії:

• - в'язкі середовища, у яких швидкість зсуву залежить від прикладання напруження зсуву (різні типи нафтопродуктів, консистентні мастила, будівельні розчини та інші дисперсні системи типу суспензій);
• - середовища, реологічні характеристики яких залежать від часу (в таких рідинах швидкість зсуву визначає не лише величина дотичного напруження, але й тривалість дії);
• - в'язко-пружні рідини, які мають властивості як рідини, так і твердого тіла та частково виявляють пружне відновлення форми після зняття напруження.

Залежність дотичних напружень неньютонівської рідини описується емпіричною залежністю:

${\displaystyle \tau =\eta \left({\frac {du}{dx}}\right)^{n}}$,

де: ${\displaystyle \tau }$ — дотичне напруження внутрішнього тертя в рідині, [Па];

${\displaystyle {\frac {du}{dx}}}$ — градієнт швидкості у напрямі, перпендикулярному до напряму зсуву, [с⁻¹];

${\displaystyle \eta }$ — коефіцієнт пропорційності, [Па·с].

Класифікація рідин робиться за значенням показника n та часовою залежністю в'язких характеристик:

• Ньютонівська рідина — лінійний закон (n = 1): ${\displaystyle \tau =\eta {\frac {du}{dy}}}$;
• Степенева рідина — нелінійна, закон степеневий (n ≠ 1): :${\displaystyle \tau =\eta \left({\frac {du}{dy}}\right)^{n}}$:
  • Псевдопластик — ${\displaystyle n<1}$, при малих швидкостях в'язкість значна, далі зменшується (фарби, емульсії, деякі суспензії);
  • Дилатантна рідина — ${\displaystyle n>1}$, в'язкість зростає із збільшенням швидкості (глиняні суспензії, солодкі суміші, гідрозоль кукурудзяного крахмалю, системи пісок/вода);
• Пластична рідина (бінгамівський пластик) — модель Бінгама схожа до моделі сухого тертя. В статичних умовах ведуть себе як тверді матеріали, але при силовому впливі починають текти. Мінімальне зусилля, що необхідно прикласти до системи, щоб вона почала текти називається напруженням зсуву (${\displaystyle \tau _{0}}$):

${\displaystyle \tau ={\begin{cases}\tau _{0}+\eta {\frac {du}{dx}},\quad {\frac {du}{dx}}>0\\-\tau _{0}+\eta {\frac {du}{dx}},\quad {\frac {du}{dx}}<0\end{cases}}}$

В'язкість деяких рідин, при сталих умовах навколишнього середовища і швидкості зсуву, змінюється з часом. Якщо в'язкість рідини з часом зменшується, то рідину називають тиксотропною, а якщо, навпаки, збільшується, то — реопексною. Обидві поведінки можуть спостерігатися як разом з описаними вище типами плину рідин, так і при певних градієнтах швидкостей. Часовий інтервал може сильно змінюватись для різних речовин: деякі матеріали досягають сталого значення в'язкості за декілька секунд, інші — за декілька діб. Реопексні матеріали зустрічаються досить рідко, на відміну від тиксотропних, до яких відносяться мастила, друкарські чорнила, фарби.

Поведінка неньютонівської рідини

Див. також

• Рідина
• В'язкість
• Рідина ньютонівська
• Слайм (іграшка)
• Ефект Кея
• Неньютонівські нафти

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — .
• Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости, пер. с англ., М., 1964
• Астарита Дж., Марруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей, пер. с англ., М., 1978
• Рейнер М. Реология, пер. с англ., М., 1965
• Шульман 3. П. Беседы о реофизике, Минск, 1976
• Світлий Ю.Г., Білецький В.С.. Гідравлічний транспорт (монографія). – Донецьк: Східний видавничий дім, Донецьке відділення НТШ, «Редакція гірничої енциклопедії», 2009. – 436 с.