비뉴턴 유체

비뉴턴 유체(non-Newtonian fluid)는 뉴턴의 점성 법칙, 응력과 무관한 즉 일정한 점도를 따르지 않는 유체이다. 비 뉴턴 유체에서 점도는 힘이 가해지는 정도에 의해 더 액체 또는 더 고체로 변할 수 있다. 예를 들어, 토마토 케첩은 흔들릴 때 더 잘 움직이며 비 뉴턴 유체이다. 많은 소금 용액과 용융된 폴리머 그리고 녹아내린 초콜렛등은 꿀, 치약, 전분 현탁액, 페인트, 혈액 및 샴푸와 같이 흔히 발견되는 물질과 마찬가지로 비뉴턴성 액체이다.

Rheology of time independent fluids.png

이러한 의미에서 비뉴턴 유체(Non-Newtonian fluid)는 전단응력변형률에 직접적으로 비례하지 않는 유체이다.

많은 일반적인 유체가 비뉴턴 유체가 움직이는것과 같은 성질을 보인다.

비뉴턴 유체는 유체의 유동이 시간이라는 변수에대해서 시간독립적(time-independent behavior)인 시간독립성 유체와 시간의존적(time-dependent behavior)인 시간의존성 점도로 분류할 수 있다.

멱법칙 유체편집

시간 독립성 유체의 경우, 멱법칙 모델(power law model)에 의한 1차원 유동은

 

n:유동거동지수(behavior index,일관성 지수),무차원

k:점조도지수(consistency index,멱법칙 지수)(N․sⁿ/m²)

 이고  이면, 뉴턴의 점성법칙과 동일하게 됨을 예상할 수 있다.

따라서  에서 뉴튼 유체 범주에서 벗어날수있으므로 n값은 비뉴튼유체의 성질과 상대적으로 밀접한 관계를 보여준다.

오스트발트-드 웰 관계식편집

멱법칙 유체인 오스트발트-드 웰 관계식으로 뉴튼 유체를 확장하여 표현하면 아래와 같다.

 
 점성도
 는 유체의 점성계수
 
 

허쉘-버클리 유체편집

 

위의 허쉘-버클리(Herschel-Buckley) 비뉴턴 유체는 다음과 같은 점도 표현식으로 나타낼수있다.

 


리-아이링 이론편집

한편 이러한 비뉴턴 유동현상을 다루는 리-아이링 이론은 유체에대한 비뉴턴 유동현상으로부터 어떠한 유체도 구성 입자가 있는다는 사실에서 양자역학의 개념을 적용한 이론으로 볼 수 있다. 이러한 의미에서라면 유체뿐만 아니라 고체까지도 결국에는 변화에서 자유롭지않기에 '모든 물체는 변한다'는 포괄적인 개념을 얻을수있다.

같이 보기편집

참고편집