非牛顿流体

牛顿1687年发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。

实验是在两平行平板间充满水时进行的(图1)，下平板固定不动，上

平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时附于上下平板的流体质

点的速度分别为U和0，两平板间的速度呈线性分布。由此得到了著

名的牛顿粘性定律　　

相关理论

斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量是

应变率张量的线性函数、流体各向同性、流体静止时应变率为零的三

项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及

现被广泛应用的纳维－斯托克斯方程。

后来人们在进一步的研究中知道，牛顿粘性实验定律(以及在此

基础上建立的纳－斯方程)对于描述像水和空气这样低分子量的流体

是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与

剪切应变率之间已不再满足线性关系。为区别起见，人们将剪应力与

剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性

关系的流体称为非牛顿流体。

早在人类出现之前，非牛顿流体就已存在，因为绝大多数生物流

体都属于现在所定义的非牛顿流体[1]。人身上的血液、淋巴液、囊

液等多种体液以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。现

在去医院作血液测试的项目之一，已不再说是“血粘度检查”，而是

“血液流变学检查”(简称血流变)，这就是因为对血液而言，剪应力

与剪切应变率之间不再是线性关系，已无法只给出一个斜率(即粘度)

来说明血液的力学特性。