뉴턴 유체와 비뉴턴 유체란 무엇입니까?

다양한 종류의 유체에 대해 궁금한 적이 있습니까?

유체는 압력에 따라 흐르고 변형될 수 있는 물질입니다. 뉴턴식과 비뉴턴식의 두 가지 주요 범주로 나뉩니다.

뉴턴 유체는 일정한 점도를 갖는 반면, 비뉴턴 유체는 응력을 받으면 점도가 변합니다.

뉴턴 유체란?

뉴턴 유체는 전단 응력과 전단 속도 사이에 선형 관계를 나타내는 유체 유형입니다. 이 관계는 적용된 힘에 관계없이 일정하게 유지됩니다.

뉴턴 유체는 전단 응력이 전단 변형률에 정비례한다는 뉴턴의 점도 법칙을 따릅니다. 이 거동은 일정한 점도 계수를 특징으로 합니다.

뉴턴 유체의 주요 특성

일정한 점도

뉴턴 유체의 점도는 다양한 전단율에서도 일정하게 유지됩니다. 이 특성은 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체를 구별합니다.

적용된 힘에 관계없이 유체의 흐름 저항은 변하지 않습니다. 이러한 특성 덕분에 뉴턴 유체를 예측할 수 있고 수학적으로 모델링하기가 더 쉽습니다.

선형 관계

뉴턴 유체는 전단 응력과 전단 속도 사이에 선형 관계를 나타냅니다. 이 관계는 전단 속도에 대한 전단 응력을 나타내는 그래프에서 직선으로 표시됩니다.

이 선의 기울기는 유체의 점도를 나타냅니다. 뉴턴 유체의 경우 이 기울기는 광범위한 전단 속도에 걸쳐 일정하게 유지됩니다.

뉴턴 유체의 예

• 물: 물은 뉴턴 유체의 가장 일반적인 예입니다. 점도는 정상적인 조건에서 일정하게 유지되므로 유체 역학의 다양한 응용 분야에 이상적입니다.
• 공기: 공기는 대부분의 기체와 마찬가지로 정상적인 조건에서 뉴턴 유체처럼 거동합니다. 점도는 전단율과 무관하므로 대기 공정 및 공기 역학적 응용 분야에서 일관된 흐름 특성을 허용합니다.
• 꿀: 꿀은 점도가 높음에도 불구하고 뉴턴의 거동을 나타냅니다. 그 흐름 특성은 가해진 힘에 관계없이 일관되게 유지되므로 점성 뉴턴 유체의 독특한 예가 됩니다.

비뉴턴 유체란?

비뉴턴 유체는 뉴턴의 점도 법칙을 따르지 않는 복잡한 유체입니다. 적용된 전단율이나 응력에 따라 점도가 변합니다.

일정한 점도를 유지하는 뉴턴 유체와 달리 비뉴턴 유체는 다양한 흐름 조건에서 다양한 점도를 나타냅니다. 이러한 거동은 복잡한 분자 구조나 부유 입자로 인해 발생합니다.

비뉴턴 유체의 유형

시간 독립적인 유체

이러한 유체는 전단 적용 기간에 관계없이 전단 속도에 따라 점도의 즉각적인 변화를 나타냅니다.

• 전단박화(가소성) 유체: 전단박화유체는 전단율이 증가함에 따라 점도가 감소합니다. 일반적인 예로는 케첩, 페인트, 혈액 등이 있습니다.
• 전단 농축(팽창) 유체: 전단농화유체는 전단율이 증가함에 따라 점도가 증가하는 현상을 나타냅니다. 옥수수 전분-물 혼합물과 일부 폴리머 용액은 이러한 동작을 나타냅니다.
• 항복응력 유체: 이러한 유체는 흐름을 시작하기 위해 최소 응력(항복 응력)이 필요합니다. 치약과 시멘트 슬러리는 항복 응력 유체의 예입니다.

시간 의존적 유체

이러한 유체의 점도는 전단 속도와 전단 적용 기간에 따라 달라집니다.

• 요변성 유체:
  요변성 유체는 일정한 전단력을 가할 때 시간이 지남에 따라 점도가 감소합니다. 많은 젤과 현탁액은 요변성 거동을 나타냅니다.
• 레오펙틱 유체: Rheopectic Fluid는 일정한 전단력 하에서 시간이 지남에 따라 점도가 증가합니다. 이 동작은 덜 일반적이지만 일부 윤활유에서 관찰될 수 있습니다.

점탄성 유체

점탄성 유체는 점성과 탄성 특성을 모두 나타냅니다. 응력 제거 시 부분적인 탄성 회복을 나타냅니다.

폴리머 용액과 윤활액과 같은 일부 생물학적 유체는 점탄성 거동을 나타냅니다.

비뉴턴 유체의 예

• 생물학적 체액: 혈액은 인체 내 비뉴턴 유체의 대표적인 예입니다. 전단율이 증가하면 점도가 감소하여 혈관을 통한 흐름이 촉진됩니다.
• 폴리머 및 폴리머 솔루션: 많은 고분자 용액은 비뉴턴 거동을 나타냅니다. 복잡한 분자 구조로 인해 전단 의존 점도가 발생합니다.
• 정지: 입자 현탁액은 종종 비뉴턴 특성을 나타냅니다. 입자와 부유 매체 사이의 상호 작용으로 인해 복잡한 흐름 동작이 발생합니다.
• 식료품: 마요네즈, 요구르트, 꿀 등 다양한 식품이 비뉴턴적 성질을 나타냅니다.
• 산업용 유체: 드릴링 머드, 윤활제 및 페인트는 산업 응용 분야에서 널리 사용되는 비뉴턴 유체의 예입니다.

뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 주요 차이점

가해진 응력에 대한 점도 반응

뉴턴 유체는 적용된 응력에 관계없이 일정한 점도를 유지합니다. 비뉴턴 유체는 전단율에 따라 다양한 점도를 나타냅니다.

흐름 동작 및 패턴

뉴턴 유체는 전단 응력과 전단 속도 사이의 선형 관계를 보여줍니다. 비뉴턴 유체는 비선형 동작을 나타냅니다.

일부 비뉴턴 유체는 전단 담화 또는 전단 농축 특성을 나타냅니다. 이는 다양한 조건에서 흐름 특성에 영향을 미칩니다.

비뉴턴 유체 취급의 과제

비뉴턴 유체를 처리하려면 특수 장비와 기술이 필요합니다. 다양한 점도로 인해 흐름 예측과 펌프 효율성이 복잡해집니다.

유체역학의 기초

전단응력

전단 응력은 재료 표면에 평행하게 가해지는 힘입니다. 유체 역학에서는 인접한 유체 층이 서로 다른 속도로 움직일 때 발생합니다. 이는 레이어 사이에 마찰과 같은 효과를 만듭니다.

전단 응력의 크기는 유체의 특성과 속도 구배에 따라 달라집니다. 이는 특히 비### 뉴턴 유체에서 유체 거동을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

전단율

전단율은 인접한 유체 층이 서로 지나가는 속도를 측정합니다. 이는 전단 방향에 수직인 속도 변화율을 나타냅니다.

파이프 흐름에서 전단율은 파이프 직경에 따라 다릅니다. 파이프 벽 근처에서 가장 높고 중앙에서 가장 낮습니다. 이러한 변화는 유체의 흐름 특성에 영향을 미칩니다.

점도

점도는 흐름에 대한 유체의 저항을 정량화합니다. 움직이는 유체의 내부 마찰을 설명합니다. 꿀과 같은 점도가 높은 유체는 물과 같은 점도가 낮은 유체보다 더 느리게 흐릅니다.

점도는 동적 또는 운동학적으로 분류될 수 있습니다. 동적 점도는 전단 응력과 전단 속도를 관련시킵니다. 동점도는 유체 밀도에 대한 동적 점도의 비율입니다.

결론적으로

뉴턴 유체와 비뉴턴 유체는 응력 하에서 거동이 다릅니다. 이러한 특성을 이해하는 것은 다양한 산업과 일상 생활에서 매우 중요합니다.

이러한 유체가 주변 환경에 어떤 영향을 미치는지 자세히 알아보십시오. 새로 발견한 지식을 다른 사람들과 공유하여 유체 역학에 대한 호기심을 불러일으키세요.