Egy kanál forgatása egy csésze teában, hogy megkeverje, megmutatja, mennyire célszerű megérteni a folyadékok dinamikáját a mindennapi életben. A fizika segítségével a folyadékok áramlását és viselkedését leírhatja, megmutatja azokat a bonyolult és bonyolult erőket, amelyek olyan egyszerű feladatba ütköznek, mint egy csésze tea keverése. A nyírási sebesség az egyik példa, amely megmagyarázhatja a folyadékok viselkedését.
Nyírósebesség képlet
A folyadék akkor "nyíródik", amikor a folyadék különböző rétegei elmennek egymás mellett. A nyírási sebesség ezt a sebességet írja le. Technikaibb meghatározás, hogy a nyírási sebesség az áramlási sebességre merőleges, vagy derékszögben az áramlás irányára vonatkozik. Megterheli a folyadékot, amely megszakíthatja a kötéseket az anyagában lévő részecskék között, ezért "nyírásnak" nevezik.
Amikor megfigyeljük egy lemez vagy egy anyagréteg párhuzamos mozgását, amely egy másik lemez vagy réteg felett helyezkedik el ennek ellenére meghatározhatja a nyírási sebességet ennek a rétegnek a sebessége alapján, a kettő közötti távolság szempontjából rétegek. A tudósok és mérnökök a képletet használják
γ = V / xa nyírási sebességhezγ("gamma") s egységekben-1, a mozgó réteg sebességeVés a rétegek közötti távolságmméterben.Ez lehetővé teszi a nyírási sebesség kiszámítását a rétegek mozgásának függvényében, ha feltételezzük, hogy a felső lemez vagy réteg az aljával párhuzamosan mozog. A nyírási sebesség mértékegységei általában s-1 különböző célokra.
Nyírófeszültség
Ha folyadékot, például krémet nyom a bőrére, a folyadék párhuzamosan mozog a bőrével, és ellenzi azt a mozgást, amely a folyadékot közvetlenül a bőrre nyomja. A folyadéknak a bőréhez viszonyított alakja befolyásolja, hogy a krém részecskéi hogyan oszlanak fel, miközben felhordják őket.
Összekapcsolhatja a nyírási sebességet isγa nyírófeszültséghezτ("tau") viszkozitásra, a folyadék áramlási ellenállására,η("eta") keresztül
\ gamma = \ frac {\ eta} {\ tau}
énn amelyτa nyomással megegyező egység (N / m2 vagy Pa paszálok) ésηegységekben(N / m2 s). Aviszkozitásad egy másik módszert a folyadék mozgásának leírására és a nyírófeszültség kiszámítására, amely egyedül a folyadék anyagára jellemző.
Ez a nyírási sebesség képlet lehetővé teszi a tudósok és mérnökök számára, hogy meghatározzák az általuk használt anyagok puszta stresszének jellegét az olyan mechanizmusok biofizikájának tanulmányozásában, mint az elektrontranszport-lánc, és a kémiai mechanizmusok, például a polimeráradás.
Egyéb nyírási ráta képletek
A nyírási sebesség képletének bonyolultabb példái a nyírási sebességet a folyadékok egyéb tulajdonságaihoz, például áramlási sebességhez, porozitáshoz, permeabilitáshoz és adszorpcióhoz kötik. Ez lehetővé teszi a nyírósebesség bonyolult használatátbiológiai mechanizmusok, például biopolimerek és más poliszacharidok előállítása.
Ezeket az egyenleteket maguk a fizikai jelenségek tulajdonságainak elméleti számításai, valamint annak tesztelésével, hogy az alak, mozgás és hasonló tulajdonságok mely egyenlettípusai felelnek meg legjobban a folyadék megfigyeléseinek dinamika. Használja őket a folyadék mozgásának leírására.
C-tényező a nyírási arányban
Az egyik példa aBlake-Kozeny / Cannellaösszefüggés azt mutatta, hogy kiszámíthatja a nyírási sebességet egy pórus-skála áramlási szimuláció átlagából, miközben beállítja a "C-faktor": olyan tényező, amely figyelembe veszi a folyadék porozitásának, permeabilitásának, a folyadék reológiájának és egyéb értékeinek mikéntjét változó. Ez a megállapítás a C-faktor kiigazításával jött létre az elfogadható mennyiségek tartományában, amelyet a kísérleti eredmények mutattak.
A nyírási sebesség kiszámítására szolgáló egyenletek általános formája viszonylag ugyanaz. A tudósok és mérnökök használják a mozgásban lévő réteg sebességét osztva a rétegek közötti távolsággal, amikor a nyírási sebesség egyenleteire jönnek létre.
Nyírási ráta vs. Viszkozitás
Fejlettebb és árnyaltabb képletek léteznek a különféle folyadékok nyírási sebességének és viszkozitásának tesztelésére különböző, speciális forgatókönyvek esetén. A nyírósebesség és a nyírósebesség összehasonlítása Ezeknek az eseteknek a viszkozitása megmutatja, hogy az egyik hasznosabb-e, mint a másik. Maguk a csavarok olyan kialakításával, amelyek tércsatornákat használnak a fémes spirálszerű szakaszok között, könnyedén illeszkedhetnek azokhoz a tervekhez, amelyekre szánták őket.
A folyamataextrudálásA termék előállításának módszere azáltal, hogy egy anyagot acéllemezek nyílásain keresztül formára kényszerít, lehetővé teszi fémek, műanyagok és még olyan ételek, mint a tészta vagy gabonafélék készítését. Ez olyan gyógyszerészeti termékek létrehozásában alkalmazható, mint a szuszpenziók és specifikus gyógyszerek. Az extrudálás folyamata megmutatja a nyírási sebesség és a viszkozitás közötti különbséget is.
Az egyenlettel
\ gamma = \ frac {\ pi DN} {60h}
csavarátmérőhözDmm-ben, csavarsebességNpercenkénti fordulatszámban (rpm) és csatornamélységbenhmm-ben kiszámíthatja a csavaros csatorna extrudálásának nyírási sebességét. Ez az egyenlet nagyon hasonlít az eredeti nyírási sebesség képletéhez (γ = V / x)elosztva a mozgó réteg sebességét a két réteg közötti távolsággal. Ez egy olyan fordulatszám-számológépet is ad, amely a különböző folyamatok percenkénti fordulatszámát számolja.
Nyírósebesség csavarok készítésekor
A mérnökök a folyamat során a csavar és a csőfal közötti nyírási sebességet használják. Ezzel szemben a nyírási sebesség, amikor a csavar behatol az acéllemezbe, az
\ gamma = \ frac {4Q} {\ pi R ^ 3}
a térfogatárammalQés a lyuk sugaraR, amely még mindig hasonlít az eredeti nyírási sebesség képletéhez.
Ön kiszámítjaQa nyomásesés felosztásával a csatornánΔPa polimer viszkozitásávalη, hasonló a nyírófeszültség eredeti egyenletéhezτ.Ez a konkrét példa egy másik módszert kínál a nyírási arány és a viszkozitás, és a folyadékok mozgásának különbségeinek számszerűsítésének ezen módszereivel jobban megértheti e jelenségek dinamikáját.
Nyírósebesség és viszkozitás alkalmazások
A folyadékok fizikai és kémiai jelenségeinek tanulmányozásán kívül a nyírási sebesség és a viszkozitás a fizika és a mérnöki tudomány számos területén alkalmazható. Newtoni folyadékok, amelyek állandó viszkozitással rendelkeznek, ha a hőmérséklet és a nyomás állandó, mert ezekben a forgatókönyvekben nincsenek kémiai reakciók a fázisváltozásokban.
A folyadékoknak a legtöbb valós példa azonban nem ilyen egyszerű. Kiszámíthatja a nem newtoni folyadékok viszkozitását, mivel azok a nyírási sebességtől függenek. A tudósok és mérnökök általában reométereket használnak a nyírósebesség és a kapcsolódó tényezők mérésére, valamint a nyírás elvégzésére.
Amint megváltoztatja a különböző folyadékok alakját és elrendezését a többi folyadékréteghez képest, a viszkozitás jelentősen változhat. Néha a tudósok és mérnökök a "látszólagos viszkozitásmsgstr "a változó használatávalηAmint ez a fajta viszkozitás. A biofizikai kutatások kimutatták, hogy a vér látszólagos viszkozitása gyorsan növekszik, amikor a nyírósebesség 200 s alá csökken-1.
Folyadékokat pumpáló, keverő és szállító rendszerek esetében a nyírósebesség mellett a látszólagos viszkozitás ad meg mérnökök a gyógyszeripar termékeinek gyártására, valamint kenőcsök és krémek.
Ezek a termékek kihasználják e folyadékok nem newtoni viselkedését, így a viszkozitás csökken, ha kenőcsöt vagy krémet dörzsölnek a bőrére. Amikor abbahagyja a dörzsölést, a folyadék nyírása is leáll, így a termék viszkozitása nő és az anyag leülepszik.