Πώς να υπολογίσετε το ποσοστό διάτμησης

Γυρίζοντας ένα κουτάλι σε ένα φλιτζάνι τσάι για να το ανακατέψετε μπορεί να σας δείξει πόσο σημαντικό είναι να κατανοήσετε τη δυναμική των υγρών στην καθημερινή ζωή. Η χρήση της φυσικής για να περιγράψει τη ροή και τη συμπεριφορά των υγρών μπορεί να σας δείξει τις περίπλοκες και περίπλοκες δυνάμεις που πηγαίνουν σε μια τόσο απλή εργασία όπως η ανάδευση ενός φλιτζανιού τσαγιού. Ο ρυθμός διάτμησης είναι ένα παράδειγμα που μπορεί να εξηγήσει τη συμπεριφορά των υγρών.

Ένα υγρό ψαλιδίζεται όταν διαφορετικά στρώματα του υγρού κινούνται το ένα πάνω στο άλλο. Ο ρυθμός διάτμησης περιγράφει αυτήν την ταχύτητα. Ένας πιο τεχνικός ορισμός είναι ότι ο ρυθμός διάτμησης είναι η κλίση ταχύτητας ροής κάθετη, ή σε ορθή γωνία, προς την κατεύθυνση ροής. Θέτει μια πίεση στο υγρό που μπορεί να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των σωματιδίων στο υλικό του, γι 'αυτό και περιγράφεται ως "διάτμηση".

Όταν παρατηρείτε την παράλληλη κίνηση μιας πλάκας ή ενός στρώματος υλικού που βρίσκεται πάνω από μια άλλη πλάκα ή ένα στρώμα που είναι Ακόμα, μπορείτε να προσδιορίσετε το ρυθμό διάτμησης από την ταχύτητα αυτού του στρώματος σε σχέση με την απόσταση μεταξύ των δύο στρώματα. Επιστήμονες και μηχανικοί χρησιμοποιούν τον τύπο

Αυτό σας επιτρέπει να υπολογίσετε τον ρυθμό διάτμησης ως συνάρτηση της κίνησης των ίδιων των στρωμάτων εάν υποθέσετε ότι η άνω πλάκα ή το στρώμα κινείται παράλληλα προς τα κάτω. Οι μονάδες ρυθμού διάτμησης είναι γενικά s^-1 για διαφορετικούς σκοπούς.

Το πάτημα ενός υγρού όπως λοσιόν στο δέρμα σας κάνει την κίνηση του υγρού παράλληλη με το δέρμα σας και αντιτίθεται στην κίνηση που πιέζει το υγρό απευθείας στο δέρμα. Το σχήμα του υγρού σε σχέση με το δέρμα σας επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο τα σωματίδια της λοσιόν διαλύονται καθώς αυτά εφαρμόζονται.

Μπορείτε επίσης να συσχετίσετε το ρυθμό διάτμησηςγστην κατατμητική τάσητ("tau") στο ιξώδες, μια αντίσταση υγρού στη ροή,η("eta") έως

​Εγών πουτείναι οι ίδιες μονάδες με την πίεση (N / m² ή pascals Pa) καιησε μονάδες του(Ν / μ² μικρό). οιξώδεςσας δίνει έναν άλλο τρόπο να περιγράψετε την κίνηση του υγρού και να υπολογίσετε μια τάση διάτμησης που είναι μοναδική για την ίδια την ουσία του υγρού.

Αυτός ο τύπος διάτμησης επιτρέπει στους επιστήμονες και τους μηχανικούς να προσδιορίσουν την εγγενή φύση της απόλυτης πίεσης στα υλικά που χρησιμοποιούν στη μελέτη της βιοφυσικής μηχανισμών όπως η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και χημικών μηχανισμών όπως η πλημμύρα πολυμερών.

Πιο περίπλοκα παραδείγματα του τύπου ρυθμού διάτμησης σχετίζονται με τον ρυθμό διάτμησης με άλλες ιδιότητες υγρών όπως η ταχύτητα ροής, το πορώδες, η διαπερατότητα και η προσρόφηση. Αυτό σας επιτρέπει να χρησιμοποιείτε το ποσοστό διάτμησης σε περίπλοκοβιολογικοί μηχανισμοί, όπως η παραγωγή βιοπολυμερών και άλλων πολυσακχαριτών.

Αυτές οι εξισώσεις παράγονται μέσω θεωρητικών υπολογισμών των ιδιοτήτων των ίδιων των φυσικών φαινομένων, καθώς και μέσω της δοκιμής των τύπων εξισώσεων για σχήμα, κίνηση και παρόμοιες ιδιότητες που ταιριάζουν καλύτερα με τις παρατηρήσεις του υγρού δυναμική. Χρησιμοποιήστε τα για να περιγράψετε την κίνηση ρευστού.

Ένα παράδειγμα, τοBlake-Kozeny / Cannellaσυσχέτιση, έδειξε ότι μπορείτε να υπολογίσετε τον ρυθμό διάτμησης από τον μέσο όρο μιας προσομοίωσης ροής κλίμακας πόρων ενώ προσαρμόζετε το "C-factor", ένας παράγοντας που εξηγεί πώς οι ιδιότητες του πορώδους, η διαπερατότητα, η ρεολογία του ρευστού και άλλες τιμές του υγρού ποικίλλω. Αυτό το εύρημα προέκυψε μέσω της προσαρμογής του παράγοντα C σε ένα εύρος αποδεκτών ποσοτήτων που είχαν δείξει τα πειραματικά αποτελέσματα.

Η γενική μορφή των εξισώσεων για τον υπολογισμό του ρυθμού διάτμησης παραμένει σχετικά η ίδια. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί χρησιμοποιούν την ταχύτητα του στρώματος σε κίνηση διαιρούμενο με την απόσταση μεταξύ των στρωμάτων όταν έρχονται με εξισώσεις του ρυθμού διάτμησης.

Υπάρχουν πιο προηγμένοι και αποχρωματισμένοι τύποι για τον έλεγχο του ρυθμού διάτμησης και του ιξώδους διαφόρων υγρών για διαφορετικά, συγκεκριμένα σενάρια. Συγκρίνοντας το ποσοστό διάτμησης έναντι Το ιξώδες για αυτές τις περιπτώσεις μπορεί να σας δείξει πότε το ένα είναι πιο χρήσιμο από το άλλο. Σχεδιάζοντας τις ίδιες βίδες που χρησιμοποιούν κανάλια χώρου μεταξύ μεταλλικών σπειροειδών τμημάτων μπορούν να τους αφήσουν να ταιριάζουν εύκολα σε σχέδια που προορίζονται.

Η διαδικασία τουεξώθηση, μια μέθοδος παραγωγής ενός προϊόντος με την επιβολή ενός υλικού μέσω ανοιγμάτων σε χαλύβδινους δίσκους για να σχηματίσουν σχήμα, μπορεί να σας επιτρέψει να κάνετε συγκεκριμένα σχέδια μετάλλων, πλαστικών και ακόμη και τροφίμων όπως ζυμαρικά ή δημητριακά. Αυτό έχει εφαρμογές στη δημιουργία φαρμακευτικών προϊόντων όπως εναιωρήματα και συγκεκριμένα φάρμακα. Η διαδικασία εξώθησης δείχνει επίσης τη διαφορά μεταξύ του ρυθμού διάτμησης και του ιξώδους.

Με την εξίσωση

για διάμετρο βίδαςρεσε mm, ταχύτητα βίδαςΝσε περιστροφές ανά λεπτό (rpm) και βάθος καναλιούησε mm, μπορείτε να υπολογίσετε τον ρυθμό διάτμησης για εξώθηση ενός βιδωτού καναλιού. Αυτή η εξίσωση είναι εντελώς παρόμοια με τον αρχικό τύπο ρυθμού διάτμησης (γ = V / x)στο διαχωρισμό της ταχύτητας του κινούμενου στρώματος με την απόσταση μεταξύ των δύο στρωμάτων. Αυτό σας δίνει επίσης μια αριθμομηχανή στροφών περιστροφής / λεπτό που αντιστοιχεί σε περιστροφές ανά λεπτό διαφορετικών διαδικασιών.

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν το ρυθμό διάτμησης μεταξύ της βίδας και του τοιχώματος της κάννης κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Αντίθετα, ο ρυθμός διάτμησης καθώς η βίδα διεισδύει στον ατσάλινο δίσκο είναι

με την ογκομετρική ροήΕρκαι ακτίνα οπώνΡ, που εξακολουθεί να μοιάζει με τον αρχικό τύπο ρυθμού διάτμησης.

ΥπολογίζετεΕρδιαιρώντας την πτώση πίεσης στο κανάλιΔΡαπό το ιξώδες του πολυμερούςη, παρόμοια με την αρχική εξίσωση για διατμητική τάσητ.Αυτά τα συγκεκριμένα παραδείγματα σας δίνουν μια άλλη μέθοδο σύγκρισης του ρυθμού διάτμησης έναντι ιξώδες και, μέσω αυτών των μεθόδων ποσοτικοποίησης των διαφορών στην κίνηση των υγρών, μπορείτε να κατανοήσετε καλύτερα τη δυναμική αυτών των φαινομένων.

Εκτός από τη μελέτη των φυσικών και χημικών φαινομένων των ίδιων των υγρών, ο ρυθμός διάτμησης και το ιξώδες έχουν χρήσεις σε μια ποικιλία εφαρμογών σε όλη τη φυσική και τη μηχανική. Νεύτωνα υγρά που έχουν σταθερό ιξώδες όταν η θερμοκρασία και η πίεση είναι σταθερά επειδή δεν υπάρχουν χημικές αντιδράσεις μεταβολών στη φάση που συμβαίνουν σε αυτά τα σενάρια.

Ωστόσο, τα περισσότερα παραδείγματα ρευστών στον πραγματικό κόσμο δεν είναι τόσο απλά. Μπορείτε να υπολογίσετε το ιξώδες των μη-Νευτωναίων υγρών καθώς εξαρτώνται από τον ρυθμό διάτμησης. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί χρησιμοποιούν συνήθως ροόμετρα για τη μέτρηση του ρυθμού διάτμησης και των σχετικών παραγόντων καθώς και για την εκτέλεση της ίδιας της διάτμησης.

Καθώς αλλάζετε το σχήμα των διαφορετικών υγρών και πώς τακτοποιούνται σε σχέση με τα άλλα στρώματα υγρών, το ιξώδες μπορεί να διαφέρει σημαντικά. Μερικές φορές οι επιστήμονες και οι μηχανικοί αναφέρονται στο "φαινόμενο ιξώδες"χρησιμοποιώντας τη μεταβλητήηΑως αυτού του τύπου ιξώδους. Έρευνα στη βιοφυσική έχει δείξει ότι το φαινόμενο ιξώδες του αίματος αυξάνεται γρήγορα όταν ο ρυθμός διάτμησης πέφτει κάτω από 200 s^-1.

Για συστήματα που αντλούν, αναμιγνύουν και μεταφέρουν υγρά, το φαινόμενο ιξώδες μαζί με τους ρυθμούς διάτμησης δίνει μηχανικούς έναν τρόπο παραγωγής προϊόντων στη φαρμακευτική βιομηχανία και την παραγωγή αλοιφών και κρέμες.

Αυτά τα προϊόντα εκμεταλλεύονται τη μη-Νεύτωνα συμπεριφορά αυτών των υγρών, έτσι ώστε το ιξώδες να μειώνεται όταν τρίβετε αλοιφή ή κρέμα στο δέρμα σας. Όταν σταματάτε να τρίβετε, η διάτμηση του υγρού σταματά επίσης έτσι ώστε το ιξώδες του προϊόντος να αυξάνεται και το υλικό να καθιζάνει.