非牛顿流体的流动问题普遍存在于石油工业、化学工业、食品工业、纺织工业和生物医学工程等与国民经济发展和日常生活密切相关的领域。本章从非牛顿流本构方程、流动稳定性、弹性湍流、触变性流体流动、聚合物湍流减阻、非牛顿流体的浸润和智能流体材料研究等七个方面，对非牛顿流体力学未来研究与发展的主要方向和重点进行了详细阐述，指出在2l世纪，随着科学技术的不断发展，面对工业生产中出现的各种复杂流体，非牛顿流体力学无论在基础理论还是工程应用方面都存在许多亟待深入研究和解决的问题。相关研究在完善流体力学学科基础理论的同时，也能够有效促进社会生产力的发展。
第一节引言
随着科学的发展，人们已不满足于将研究的对象限制在牛顿流的范畴。从火山爆发产生的熔岩到洪水带来的泥石流，从管道中的煤水浆到大漠中的流沙，我们需要面对形形色色的非牛顿流体和它们奇特的流动现象。成功地将研究对象从牛顿流体开拓到非牛顿流体，是流体力学的发展从经典流体力学过渡到近代流体力学的重要标志之一。自20世纪四五十年代开始，从牛顿流到非牛顿流，一系列新的问题进入我们的视野，给人以登高远望的感觉，产生一种“欲穷千里目，更上一层楼”的意境。
牛顿流体是指应力与应变率成正比的流体，空气和水被认为是牛顿流体的典型例子。在流体力学的发展史上，很长一个阶段的研究主要局限于牛顿流体的范畴，并形成了比较完整的理论体系。
在自然界和工程技术界，存在着许多非牛顿流体，它们种类繁多、形态各异，故也常被称为复杂流体，如油漆、蜂蜜、牙膏、泥浆、煤水浆、沥青和火山熔岩等，它们的应力与应变率之间的关系通常是非线性的，这些流体往往具有与牛顿流体不同的流动特性，属于非牛顿流体力学的研究范畴。
先进材料的生产、加工和利用通常涉及非牛顿流体，比如高性能聚合物和复合材料的挤出和制模。熔化的聚合物由缠在一起的大分子组成，流动时的应力状态取决于当地聚合物链的平均指向，而平均指向又取决于材料元的变形历史。由于结构必须变形以便流动，对施加应力的响应将同时存在黏性和弹性的特点，所以被称为黏弹性流体。鉴于聚合物链的移动在链轴方向较横向更为容易，有效利用液态聚合物的这一特性，可有效降低管道内湍流流动的阻力，对提高原油管道的输送效率具有重要意义。在相同的外部条件下，非牛顿流体的流动和应力场本质上不同于牛顿流体。相对于牛顿流体是稳定的流动，非牛顿流体的流动不稳定性会影响生产过程及产品的质量。鉴于这些问题的复杂性和重要应用背景，非牛顿流体力学已成为近代流体力学最具挑战性的研究领域之一。
除了上述提到的各种复杂流体，随着科学技术的发展，如今某些原本被认为是牛顿流体的介质在精细观测或特殊情况下也被发现存在非牛顿流体的特性。以血液在毛细管中的流动为例，19世纪初，P0iseuille的研究结果认为它具有牛顿流体的流动特征；1942年，Copley的精细测量却表明它存在剪切稀化的非牛顿流体特性；1972年Huang等进一步通过实验测定了血液的迟滞环和应力衰减特性，定量给出了描述血液触变性的曲线（Cheremisinoff，1988）。再比如，在水锤这一类瞬变运动中，由于特征时间非常短，水也会在瞬间呈现出弹性等非牛顿流体才可能存在的特征。在微流动中，当特征尺度非常小时，水分子旋转效应对流动的影响也会使水呈现出微极性流体所具有的非牛顿流体特征。
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