Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten verstehen: Typen, Verhalten und Anwendungen

Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten sind solche, deren Verhalten nicht dem erwarteten Verhalten gemä+ dem Newtonschen Viskositätsgesetz entspricht. Mit anderen Worten, die Beziehung zwischen Scherspannung und Schergeschwindigkeit ist nicht linear, sondern hängt von der Geschichte der Strömung ab.

In einer Newtonschen Flüssigkeit ist die Viskosität konstant und die Beziehung zwischen Scherspannung und Schergeschwindigkeit ist linear. In einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit ändert sich die Viskosität jedoch mit der Scherrate oder der Strömungsgeschichte. Dies bedeutet, dass sich das Verhalten der Flüssigkeit unter verschiedenen Bedingungen der Schergeschwindigkeit oder des Strömungsverlaufs von dem einer Newtonschen Flüssigkeit unterscheidet.

Es gibt verschiedene Arten von nicht-Newtonschen Flüssigkeiten, darunter:

1. Scherverdünnende Flüssigkeiten: Diese Flüssigkeiten haben bei höheren Schergeschwindigkeiten eine niedrigere Viskosität. Dies bedeutet, dass sie mit zunehmender Schergeschwindigkeit weniger viskos werden. Beispiele hierfür sind Ketchup und Farbe.
2. Scherverdickende Flüssigkeiten: Diese Flüssigkeiten haben bei höheren Schergeschwindigkeiten eine höhere Viskosität. Dies bedeutet, dass sie mit zunehmender Schergeschwindigkeit viskoser werden. Beispiele hierfür sind Maisstärkesuspension und dilatante Gele.
3. Thixotrope Flüssigkeiten: Diese Flüssigkeiten weisen bei konstanter Scherbeanspruchung mit der Zeit eine abnehmende Viskosität auf. Das hei+t, sie werden dünnflüssiger, wenn sie über einen längeren Zeitraum einer konstanten Scherbeanspruchung ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind Ton und Gelatine.
4. Rheopektische Flüssigkeiten: Diese Flüssigkeiten weisen unter konstanter Scherbeanspruchung mit der Zeit eine zunehmende Viskosität auf. Das hei+t, sie werden zähflüssiger, wenn sie über einen längeren Zeitraum einer konstanten Scherbeanspruchung ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind geschmolzenes Glas und einige Polymerlösungen. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten weisen ein breites Spektrum an Verhaltensweisen auf, darunter Strömungsinstabilitäten, nichtlineare Strömungsmuster und Selbstheilungseigenschaften. Sie finden sich in vielen natürlichen und industriellen Anwendungen, beispielsweise bei der Untersuchung der Blutrheologie, dem Verhalten von Suspensionen und Emulsionen und dem Fluss komplexer Flüssigkeiten in Rohrleitungen und Mischtanks.