お茶の中でスプーンを回転させて混ぜ合わせると、日常生活における流体のダイナミクスを理解することがいかに適切であるかがわかります。 物理学を使用して液体の流れと挙動を説明すると、お茶をかき混ぜるなどの単純な作業にかかる複雑で複雑な力を示すことができます。 せん断速度は、流体の挙動を説明できる1つの例です。
せん断速度式
流体のさまざまな層が互いに通過すると、流体は「せん断」されます。 せん断速度はこの速度を表します。 より技術的な定義は、せん断速度は、流れの方向に垂直な、または直角の流速勾配であるということです。 液体にひずみを与え、材料内の粒子間の結合を切断する可能性があるため、「せん断」と呼ばれます。
別のプレートまたは層の上にあるプレートまたは材料の層の平行運動を観察するとき それでも、2つの間の距離に対するこの層の速度からせん断速度を決定できます。 レイヤー。 科学者とエンジニアは式を使用しますγ= V / xせん断速度の場合γ（「ガンマ」）sの単位-1、移動層の速度Vと層間の距離mメートル単位。
これにより、上部プレートまたは層が下部と平行に移動すると仮定した場合に、層自体の動きの関数としてせん断速度を計算できます。 せん断速度の単位は一般的にsです-1 さまざまな目的のために。
せん断応力
ローションなどの液体を肌に押し付けると、液体の動きが肌と平行になり、液体を直接肌に押し付ける動きに対抗します。 肌に対する液体の形状は、ローションの粒子が塗布されるときにどのように分解するかに影響します。
せん断速度を関連付けることもできますγせん断応力にτ（「タウ」）粘度、流体の流れに対する抵抗、η（ "eta"）から
\ gamma = \ frac {\ eta} {\ tau}
私nこれτ圧力と同じ単位です（N / m2 またはパスカルPa）とηの単位で(N / m2 s）。 ザ・粘度流体の運動を記述し、流体自体の物質に固有のせん断応力を計算する別の方法を提供します。
このせん断速度の式により、科学者やエンジニアは、使用する材料に対するせん断応力の本質的な性質を判断できます。 電子伝達系などのメカニズムの生物物理学やポリマーフラッディングなどの化学的メカニズムの研究において。
その他のせん断速度式
せん断速度式のより複雑な例は、せん断速度を、流速、多孔性、透過性、吸着などの液体の他の特性に関連付けます。 これにより、複雑なせん断速度を使用できます生物学的メカニズム、生体高分子や他の多糖類の生産など。
これらの方程式は、物理現象自体の特性の理論計算、および 流体の観測に最もよく一致する形状、運動、および同様の特性について、どのタイプの方程式をテストするかによって ダイナミクス。 それらを使用して、流体の動きを説明します。
せん断速度のCファクター
一例として、ブレイク-コゼニー/カネラ相関関係は、調整しながら細孔スケールの流れシミュレーションの平均からせん断速度を計算できることを示しました 「Cファクター」、多孔性、透過性、流体レオロジーおよびその他の値の流体の特性を説明するファクター 異なります。 この発見は、実験結果が示した許容可能な量の範囲内でCファクターを調整することによってもたらされました。
せん断速度を計算するための方程式の一般的な形式は、比較的同じままです。 科学者とエンジニアは、せん断速度の方程式を作成するときに、運動中の層の速度を層間の距離で割った値を使用します。
せん断速度対。 粘度
さまざまな特定のシナリオでさまざまな流体のせん断速度と粘度をテストするための、より高度で微妙な式が存在します。 せん断速度との比較。 これらの場合の粘度は、一方が他方よりも有用である場合を示します。 金属のらせん状のセクション間のスペースのチャネルを使用するネジ自体を設計することで、目的の設計に簡単に適合させることができます。
のプロセス押し出し、スチールディスクの開口部から材料を押し出して形を作ることで製品を作る方法で、金属、プラスチック、さらにはパスタやシリアルなどの食品の特定のデザインを作ることができます。 これは、懸濁液や特定の医薬品などの医薬品の作成に適用されます。 押し出しのプロセスは、せん断速度と粘度の違いも示しています。
方程式で
\ gamma = \ frac {\ pi DN} {60h}
ねじ径用Dmm単位、スクリュー速度N毎分回転数（rpm）およびチャネル深度hmm単位で、スクリューチャネルの押し出しのせん断速度を計算できます。 この式は、元のせん断速度の式（γ= V / x）移動する層の速度を2つの層の間の距離で割る場合。 これにより、さまざまなプロセスの1分あたりの回転数を計算する回転数からせん断速度への計算機も提供されます。
ねじを作るときのせん断速度
エンジニアは、このプロセス中にスクリューとバレル壁の間のせん断速度を使用します。 対照的に、スクリューがスチールディスクを貫通するときのせん断速度は
\ gamma = \ frac {4Q} {\ pi R ^ 3}
体積流量でQと穴の半径R、これは元のせん断速度の式に依然として類似しています。
あなたは計算しますQチャネル全体の圧力降下を分割することによってΔPポリマーの粘度によるη、せん断応力の元の方程式と同様τ.この特定の例は、せん断速度とを比較する別の方法を提供します。 粘度、そして流体の動きの違いを定量化するこれらの方法を通して、あなたはこれらの現象のダイナミクスをよりよく理解することができます。
せん断速度と粘度のアプリケーション
流体自体の物理的および化学的現象を研究する以外に、せん断速度と粘度は、物理学と工学のさまざまなアプリケーションで使用されています。 これらのシナリオで発生する相変化の化学反応がないため、温度と圧力が一定のときに一定の粘度を持つニュートン液体。
ただし、実際の流体の例のほとんどはそれほど単純ではありません。 非ニュートン流体はせん断速度に依存するため、粘度を計算できます。 科学者やエンジニアは通常、せん断速度や関連する要因の測定、およびせん断自体の実行にレオメーターを使用します。
さまざまな流体の形状や、流体の他の層に対する配置方法を変更すると、粘度が大幅に変化する可能性があります。 科学者やエンジニアが「見かけの粘度"変数を使用するηAこのタイプの粘度として。 生物物理学の研究では、せん断速度が200秒を下回ると、血液の見かけの粘度が急速に増加することが示されています。-1.
流体をポンプで送り、混合し、輸送するシステムの場合、せん断速度とともに見かけの粘度が得られます。 製薬業界で製品を製造する方法と軟膏の製造をエンジニアし、 クリーム。
これらの製品は、これらの液体の非ニュートン挙動を利用しているため、軟膏やクリームを肌にこすったときに粘度が低下します。 こすりをやめると、液体のせん断も止まり、製品の粘度が上がり、材料が落ち着きます。