牛頓流體是指在任意小的外力作用下即能流動的流體,并且流動的速度梯度(D)與所加的切應力(τ)的大小成正比,這種流體就叫做牛頓流體.牛頓流體的流變方程是：τ＝ηD
式中：τ--所加的切應力；
D--流動速度梯度；
η--不依賴于切變速度的常數(shù),叫做黏性系數(shù),簡稱為黏度
牛頓1687年發(fā)表了以水為工作介質(zhì)的一維剪切流動的實驗結(jié)果.
實驗是在兩平行平板間充滿水時進行的(圖1),下平板固定不動,上
平板在其自身平面內(nèi)以等速U向右運動.此時附于上下平板的流體質(zhì)
點的速度分別為U和0,兩平板間的速度呈線性分布.由此得到了著
名的牛頓粘性定律
斯托克斯1845年在牛頓這一實驗定律的基礎(chǔ)上,作了應力張量是
應變率張量的線性函數(shù)、流體各向同性、流體靜止時應變率為零的三
項假設,從而導出了廣泛應用于流體力學研究的線性本構(gòu)方程,以及
現(xiàn)被廣泛應用的納維－斯托克斯方程.
后來人們在進一步的研究中知道,牛頓粘性實驗定律(以及在此
基礎(chǔ)上建立的納－斯方程)對于描述像水和空氣這樣低分子量的流體
是適合的,而對描述具有高分子量的流體就不合適了,那時剪應力與
剪切應變率之間已不再滿足線性關(guān)系.為區(qū)別起見,人們將剪應力與
剪切應變率之間滿足線性關(guān)系的流體稱為牛頓流體,而把不滿足線性
關(guān)系的流體稱為非牛頓流體.
早在人類出現(xiàn)之前,非牛頓流體就已存在,因為絕大多數(shù)生物流
體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體[1].人身上的血液、淋巴液、囊
液等多種體液以及像細胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體.現(xiàn)
在去醫(yī)院作血液測試的項目之一,已不再說是“血粘度檢查”,而是
“血液流變學檢查”(簡稱血流變),這就是因為對血液而言,剪應力
與剪切應變率之間不再是線性關(guān)系,已無法只給出一個斜率(即粘度)
來說明血液的力學特性.