非牛顿流体
对于许多工业流体，由于其微观结构十分复杂，因此假设流体具有线性粘性流体行为还不够。 这些流体表现出非牛顿行为。
尽管粘度不恒定的任何流体被视为非牛顿，但是并非所有非牛顿流体的行为都相同。它们具有不同类型的行为。 Simcenter STAR-CCM+ 可以建模的类型如下所述：
- 广义牛顿
- 广义牛顿流体是非牛顿流体最简单的数学描述。 Eqn. (696) 中的恒粘度将替换为外显粘度 ，这是剪切速率和/或温度的函数。
- 粘塑性
- 粘塑性流体与广义牛顿流体属于同一类别，但是增加了屈服应力。 仅当变形超过剪切应力临界值时，粘塑性流体才会开始流动。
下图显示了不同流体类型的剪切应力作为剪切速率的函数。 牛顿流体通过原点给出一条直线，其中，斜率由恒粘度给出。 对于剪切稀化（伪塑性）流体，剪切应力随剪切速率的增加而生成一条下凹曲线，这对应于粘度随剪切速率的增加而降低。 剪切稠化（膨胀）流体表现出相反的行为。 剪切应力随剪切速率的增加而生成一条上凹曲线，这对应于粘度随剪切速率的增加而提高。 粘塑性流体（通常称为宾汉塑性流体）必须超过屈服应力才能移动。
- 粘弹性
- 发生变形时，粘弹性流体同时表现出粘性和弹性行为。 其应力不仅取决于流体的当前运动，而且还取决于其运动历史。 流体在过去经受的变形会影响当前应力。 与纯弹性材料相反，过去的变形所产生的影响会随着时间的推移而减少。 这种效应可以通过使用所谓的松弛时间来量化。
- 多相
- 对于某些多相流体，如果混合物粘度取决于离散相的体积分数 ，则将其视为非牛顿。 多相非牛顿流体可使用独立相建模或建模为单相混合物（假设体积分数保持不变）。 这些多相非牛顿流体通常具有粘塑性，包括乳浊液、悬浮液和生物体液（血液、关节液）。
下表概述了 Simcenter STAR-CCM+ 中可用的非牛顿流体及其离散化方法和特征：
| 方法 | 离散化 | 法向剪切应力 | 湍流 |
|---|---|---|---|
| 广义牛顿 | FV | 否 | 是 |
| 广义牛顿 | FE | 否 | 否 |
| 粘弹性 | FE | 是 | 否 |
| 多相 | FV | 是 | 否 |
为求解粘弹性模型，对有限元 (FE) 求解器进行了定制。 使用有限体积 (FV) 求解器进行涉及广义牛顿流体的模拟时，可以采用对牛顿流体可用的大多数湍流模型。