Nihkemäära arvutamine

Lusika keerutamine tassis tees selle segamiseks võib näidata, kui asjakohane on mõista vedelike dünaamikat igapäevaelus. Füüsika kasutamine vedelike voolamise ja käitumise kirjeldamiseks võib näidata keerulisi ja keerulisi jõude, mis lähevad nii lihtsasse ülesandesse nagu tassi teed segamine. Nihkemäär on üks näide, mis võib selgitada vedelike käitumist.

Vedelik "pügatakse", kui vedeliku erinevad kihid liiguvad üksteisest mööda. Nihkemäär kirjeldab seda kiirust. Tehnilisem määratlus on see, et nihkemäär on voolukiiruse suhtes risti või täisnurga all oleva voolukiiruse gradient. See tekitab vedelikule koormuse, mis võib katkestada selle materjali osakeste vahelised sidemed, mistõttu seda kirjeldatakse kui "nihet".

Kui jälgite plaadi või materjalikihi paralleelset liikumist, mis asub teise plaadi või kihi kohal sellegipoolest saate nihkekiiruse määrata selle kihi kiiruse järgi nende kahe vahelise kauguse suhtes kihid. Teadlased ja insenerid kasutavad valemitγ = V / xnihkekiiruse jaoksγ("gamma") ühikutes s^-1, liikuva kihi kiirusVja kihtide vaheline kaugusmmeetrites.

See võimaldab teil arvutada nihkekiiruse kihtide enda liikumise funktsioonina, kui eeldate, et ülemine plaat või kiht liigub põhjaga paralleelselt. Nihkemäär on tavaliselt s^-1 erinevatel eesmärkidel.

Vedeliku, näiteks losjooni, nahale vajutamine muudab vedeliku naha paralleelseks ja vastandub liikumisele, mis surub vedeliku otse nahale. Vedeliku kuju teie naha suhtes mõjutab seda, kuidas vedeliku osakesed nende pealekandmisel lagunevad.

Samuti saate seostada nihkesagedustγnihkepingeleτ("tau") viskoossusele, vedeliku voolutakistusele,η("eta") kaudu

​in misτon samad ühikud kui rõhk (N / m² või paskalid Pa) jaηühikutes(N / m² s). Theviskoossusannab teile veel ühe võimaluse vedeliku liikumise kirjeldamiseks ja nihkepinge arvutamiseks, mis on ainulaadne vedeliku enda ainega.

See nihkemäärade valem võimaldab teadlastel ja inseneridel määrata nende kasutatavate materjalide puhta stressi olemuse selliste mehhanismide biofüüsika uurimisel nagu elektronide transpordiahel ja keemilised mehhanismid nagu polümeeride üleujutus.

Nihkemäärade valemi keerukamad näited seovad nihkekiirust vedelike muude omadustega, nagu voolukiirus, poorsus, läbilaskvus ja adsorptsioon. See võimaldab teil nihkesummat keerukalt kasutadabioloogilised mehhanismidnagu näiteks biopolümeeride ja muude polüsahhariidide tootmine.

Need võrrandid saadakse füüsikaliste nähtuste omaduste teoreetiliste arvutuste abil katsetades, mis tüüpi kuju, liikumise ja sarnaste omaduste võrrandid sobivad kõige paremini vedeliku vaatlustega dünaamika. Kasutage neid vedeliku liikumise kirjeldamiseks.

Üks näideBlake-Kozeny / Cannellakorrelatsioon näitas, et saate nihkearvu arvutada poorskaala voolu simulatsiooni keskmise põhjal, korrigeerides samal ajal "C-faktor" - tegur, mis arvestab vedeliku poorsuse, läbilaskvuse, vedeliku reoloogia ja muude väärtuste varieeruda. See järeldus tehti C-teguri kohandamise teel vastuvõetavate koguste piires, mida katsetulemused olid näidanud.

Nihkemäärade arvutamise võrrandite üldine vorm jääb suhteliselt samaks. Teadlased ja insenerid kasutavad nihkekiiruse võrrandite väljatöötamisel liikuva kihi kiirust jagatuna kihtide vahelise kaugusega.

Erinevate spetsiifiliste stsenaariumide jaoks on erinevate vedelike nihkekiiruse ja viskoossuse testimiseks olemas täpsemad ja nüansirikkamad valemid. Nihkemäära vs. nende juhtumite viskoossus võib teile näidata, kui üks on teisest kasulikum. Keerates ise kruvid, mis kasutavad metallkanaleid meenutavate spiraalsete sektsioonide vahel ruumi, võivad need kergesti sobituda kavanditega, milleks nad on mõeldud.

Protsessväljapressimine, meetod toote valmistamiseks, sundides materjali kuju moodustama terasketastes olevate avade kaudu, võimaldab teil valmistada konkreetseid kujundusi metallidest, plastist ja isegi sellistest toiduainetest nagu pasta või teravili. Sellel on rakendusi farmaatsiatoodete, näiteks suspensioonide ja spetsiifiliste ravimite loomisel. Ekstrusiooniprotsess näitab ka erinevust nihkekiiruse ja viskoossuse vahel.

Koos võrrandiga

kruvi läbimõõdu jaoksDmm, kruvi kiirusNpööretena minutis (p / min) ja kanali sügavuseshmillimeetrites saate arvutada kruvikanali väljapressimise nihkekiiruse. See võrrand sarnaneb algse nihkemääraga valemiga (γ = V / x)liikuva kihi kiiruse jagamisel kahe kihi vahelisega. See annab teile ka pöörlemissageduse kalkulaatori, mis arvestab erinevate protsesside pööret minutis.

Insenerid kasutavad selle protsessi käigus kruvi ja tünni seina vahelist nihkemäära. Seevastu nihkekiirus, kui kruvi tungib teraskettale, on

mahulise voolugaQja augu raadiusR, mis on endiselt sarnane algse nihkemääraga valemiga.

Sa arvutadQjagades kogu kanali rõhulanguΔPpolümeeri viskoossuse järgiη, sarnane algse nihkepinge võrrandigaτ.Need konkreetsed näited annavad teile veel ühe meetodi nihkemäärade võrdlemiseks viskoossuse ja nende vedelike liikumise erinevuste kvantifitseerimise meetodite abil saate nende nähtuste dünaamikast paremini aru.

Lisaks vedelike füüsikaliste ja keemiliste nähtuste uurimisele on nihkekiirus ja viskoossus kasutatavad erinevates rakendustes kogu füüsikas ja tehnikas. Newtoni vedelikud, millel on püsiv viskoossus, kui temperatuur ja rõhk on konstantsed, kuna neis stsenaariumides ei toimu faasimuutuste keemilisi reaktsioone.

Enamik reaalsetes vedelike näidetes pole siiski nii lihtsad. Võite arvutada mitte-Newtoni vedelike viskoossused, kuna need sõltuvad nihkemäärast. Teadlased ja insenerid kasutavad reomeetreid tavaliselt nii nihkesageduse ja sellega seotud tegurite mõõtmiseks kui ka ise lõikamiseks.

Kui muudate erinevate vedelike kuju ja nende paigutust teiste vedelike kihtide suhtes, võib viskoossus oluliselt erineda. Mõnikord viitavad teadlased ja inseneridnäiv viskoossus"muutuja abilηAseda tüüpi viskoossusena. Biofüüsika uuringud on näidanud, et vere näiline viskoossus suureneb kiiresti, kui nihkekiirus langeb alla 200 s^-1.

Vedelikke pumpavate, segavate ja transportivate süsteemide puhul annab näiv viskoossus koos nihkemääradega inseneride viis farmaatsiatööstuses toodete valmistamiseks ning salvide ja kreemid.

Need tooted kasutavad ära nende vedelike mitte-newtonlikku käitumist, nii et viskoossus väheneb, kui määrida nahka salvi või kreemi. Kui lõpetate hõõrumise, peatub ka vedeliku lõikamine, nii et toote viskoossus suureneb ja materjal settib.