Що е то флуид и какво общо има с Исак Нютон?
Флуидите са непрекъснати деформируеми вещества, чиито молекули се движат свободно една спрямо друга. Това са вещества в течно и плазмено агрегатно състояние, което подлежи на деформиране. Тези флуиди обикновенно имат различен вискозитет при различните температурни граници. Нютоновите флуиди носят името на сър Исак Нютон, който е описал поведението на флуидите с проста линейна връзка между огъващото напрежение [mPa-s] и скоростта на огъване [1/s] или с други думи – относителното движение на слоевете. Тази връзка е по-известна още като Нютонов закон за вискозитета, където пропорционално константния вискозитет η се измерва в {mPa-s}.
Фиг.1
Примери за нютонови флуиди са вода, органични разтворители и мед. При тези флуиди вискозитетът зависи само от температурата. Ако разгледаме графиката за огъващото напрежение и скоростта на огъване на Фиг.1, можем да забележим линейно повишение на напрежението при увеличаване на скоростта на огъване там, където кривата се образува от вискозитета на флуида. Това означава, че вискозитетът на нютоновите флуиди ще се запази – Фиг. 2 показва, че е без значение, колко бързо преминават през тръба или канал (т.е. вискозитета не зависи от скоростта на огъване).
Изключение правят Бингам пластмасите – флуиди, изискващи минимално напрежение, за да потекат. Те са изключителен пример за ненютонови флуиди, но след като потекат, те се държат като нютонови флуиди (т.е. огъващото напрежение е пропорционално на скоростта на огъване).
Нютонови флуиди
Нютоновите флуиди обикновено се състоят от малки изотопни молекули, които не се ориентират по потока. Въпреки това е възможно да имат поведение на нютонов флуид с големи анизотропни молекули. Като ниско процентни протеини или полимерни вещества могат да имат постоянен вискозитет без значение от скоростта на огъване. Възможно е и други примери да покажат поведение на нютонови флуиди при малка скорост на огъване.
Ненютонови флуиди
Фиг. 2
В реалността повечето флуиди са ненютонови, което означава, че техният вискозитет зависи от скоростта на огъване или деформирането им. Разликата им с нютоновите флуиди е, че ненютоновите флуиди показват различна от линейната графика на огъващото напрежение и скоростта на огъване (Фиг.1), имат или натрупано напрежение, или вискозитетът зависи от времето или деформацията (или комбинация и от двете).
Флуидите увеличават обема си, ако вискозитетът се увеличи, наред с това се увеличава и скоростта на огъване – Фиг.2. Известен пример за увеличаване на обема е смес от царевично нишесте и вода. В интернет има изобилие от видеоклипове, в които различни хора показват как на практика работят ненютоновите флуиди. Ако скочите от голяма височина в ненютонов влуид, той ще се втвърди, след което ако останете неподвижни, ще потънете в него. Тънколивките флуиди или също познати като псевдо пластмаси, се срещат както в индустрията, така и в биологичните процеси. Известни примери за това са кенчупът, боите и кръвта.
Поведението на ненютоновите флуиди може да бъде причинено от множество фактори, всички от които са свързани със структурната реорганизация на флуидните молекули по време на движение. При разтопяването на полимери и вещества зависи от подреждането на наситените анизотропни вериги, които влияят върху понижаването на вискозитета.
