nonNewtonianvirtauksista

Non-Newtonian nesteet ovat nesteitä, joiden virtausominaisuudet eivät ole Newtonin nesteille ominaisia. Niillä leikkausjännitys ei ole suoraan verrannollinen leikkausnopeuteen, ja viskositeetti voi riippua sekä leikkausnopeudesta että ajasta. Tämä monimutkaistaa virtausten kuvaamista ja on yleistä elintarvikkeissa, maalissa, geelissä, polymeeriliuoksissa sekä geologisissa ja biologisissa järjestelmissä.

Luokittelu voidaan jakaa kahteen pääryhmään: ei-aikaan vaikuttaviin (time-independent) ja ajallisesti riippuviin (time-dependent) nesteisiin. Ei-aikaan vaikuttavilla nesteillä viskositeetti voi muuttua leikkausnopeuden mukaan: pseudoplastiset (viskositeetti pienenee nopeuden kasvaessa), dilataattiset (viskositeetti kasvaa) sekä Binghamin nesteet, joilla on rajajännitys. Ajallisesti riippuvaisissa nesteissä viskositeetti muuttuu ajan myötä, esimerkiksi thixotrooppinen ja rheopeksinen käyttäytyminen. Monet nesteet ovat lisäksi visko-elastisia.

Konstituutio­mallit: Ostwald–de Waele (tau = K gamma_dot^n); Bingham (tau = tau_y + mu gamma_dot); Herschel-Bulkley (tau = tau_y + K gamma_dot^n). Carreau- ja Carreau–Yasuda -mallit kuvaavat viskositeetin vähenemistä tai tehostumista suurilla leikkausnopeuksilla. Visko-elastiset ilmiöt voidaan mallittaa Maxwellin tai Kelvin-Voigtin malleilla, joita sovelletaan erityisesti polymeerimaisuuksissa.

Esimerkkejä ovat ketsuppi, hunaja, maito, maali sekä erilaiset geelit ja polymeeriliuokset. Käytännön prosesseissa non-Newtonian nesteet ovat keskeisiä elintarvikkeiden käsittelyssä, maalaus-, öljy- ja porausteollisuudessa sekä muovausprosesseissa.

Mittaukset ja sovellukset: Nesteiden virtausominaisuuksia mitataan rheometrillä tai viskosimetrillä, joilla tehdään tau-γdot -käyriä ja määritetään malleja. Suunnittelussa käytetään sopivaa konstituutio­mallia painehäviöiden, sekoituksen ja virtausten ennustamiseen putkissa ja suuttimissa sekä muovausprosesseissa. Visko-elastiset ominaisuudet sekä mahdolliset rajajännitykset on otettava huomioon, jotta prosessit ovat luotettavia ja turvallisia.