კოვზის დატრიალებით ჩაის ჭიქაში მის შესაზავებლად შეიძლება გაჩვენოთ რამდენად აქტუალურია სითხეების დინამიკის გაგება ყოველდღიურ ცხოვრებაში. ფიზიკის გამოყენებით სითხეების ნაკადის და ქცევის აღსაწერად შეიძლება ნახოთ რთული და რთული ძალები, რომლებიც იმდენად მარტივ დავალებას ასრულებენ, როგორიცაა ჩაის ჭიქის გაღვივება. წანაცვლების სიხშირე ერთ-ერთი მაგალითია, რომელიც ხსნის სითხის ქცევას.
Shear Rate ფორმულა
სითხე "იჭრება", როდესაც სითხის სხვადასხვა ფენა ერთმანეთს გადაადგილდება. Shear სიჩქარე აღწერს ამ სიჩქარეს. უფრო ტექნიკური დეფინიციაა ის, რომ ნაწყვეტის სიჩქარე არის ნაკადის სიჩქარის გრადიენტი პერპენდიკულარულად, ან სწორი კუთხით, დინების მიმართულებით. იგი ახდენს დატვირთვას თხევადზე, რამაც შეიძლება გაწყვიტოს კავშირი მის მასალაში არსებულ ნაწილაკებს შორის, რის გამოც იგი აღწერილია როგორც "წანაცვლება".
როდესაც თქვენ დააკვირდებით ფირფიტის ან მასალის ფენის პარალელურ მოძრაობას, რომელიც სხვა ფირფიტის ან ფენის ზემოთ მდებარეობს მაინც, თქვენ შეგიძლიათ განსაზღვროთ წანაცვლების სიჩქარე ამ ფენის სიჩქარით, ორ მანძილს შორის ფენებს. მეცნიერები და ინჟინრები იყენებენ ფორმულას
γ = V / xჭრის სიჩქარისთვისγ("გამა") ერთეულებში s-1, მოძრავი ფენის სიჩქარევდა მანძილი შრეებს შორისმმეტრში.ეს საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ ბზარი სიჩქარე, როგორც თვით ფენების მოძრაობის ფუნქცია, თუ ჩავთვლით, რომ ზედა ფირფიტა ან ფენა ქვედა პარალელურად მოძრაობს. Shear სიჩქარის ერთეულები ზოგადად s-1 სხვადასხვა მიზნებისთვის.
Shear სტრესი
სითხის დაჭერა, როგორიცაა ლოსიონი თქვენს კანზე, ქმნის სითხის მოძრაობას თქვენი კანის პარალელურად და ეწინააღმდეგება მოძრაობას, რომელიც ზეწოლას ახდენს პირდაპირ კანზე. სითხის ფორმა თქვენს კანთან მიმართებაში გავლენას ახდენს იმაზე, თუ როგორ იშლება ლოსიონის ნაწილაკები მათი გამოყენებისას.
თქვენ ასევე შეგიძლიათ დაუკავშიროთ გაწყვეტის სიჩქარეγნაჭრის სტრესამდეτ("ტაუ") სიბლანტის, სითხის გამძლეობა ნაკადის მიმართ,η("ეტა") მეშვეობით
\ gamma = \ frac {\ eta} {\ tau}
მეn რომელიცτარის იგივე ერთეულები, რაც წნევა (N / m)2 ან პასკალ პა) დაηერთეულებში(N / მ2 ს)სიბლანტესაშუალებას გაძლევთ აღწეროთ სითხის მოძრაობა და გამოანგარიშოთ თხევადი სტრესი, რომელიც უნიკალურია თვით სითხის ნივთიერებისათვის.
ეს ცვლის სიჩქარის ფორმულა საშუალებას აძლევს მეცნიერებსა და ინჟინრებს განსაზღვრონ სუფთა სტრესის შინაგანი ხასიათი მათ მიერ გამოყენებულ მასალებში მექანიზმების ბიოფიზიკის შესწავლაში, როგორიცაა ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი და ქიმიური მექანიზმები, როგორიცაა პოლიმერების დატბორვა.
სხვა Shear Rate ფორმულები
თიხის სიჩქარის ფორმულის უფრო რთული მაგალითები უკავშირებს სითხის სიჩქარეს სითხის სხვა თვისებებს, როგორიცაა ნაკადის სიჩქარე, ფორიანობა, გამტარობა და ადსორბცია. ეს საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ გაჭრის სიჩქარე რთულადბიოლოგიური მექანიზმები, როგორიცაა ბიოპოლიმერების და სხვა პოლისაქარიდების წარმოება.
ეს განტოლებები წარმოიქმნება როგორც ფიზიკური მოვლენების თვისებების თეორიული გამოთვლებით, ასევე ტესტირების საშუალებით, რომელი ტიპის განტოლებების ფორმა, მოძრაობა და მსგავსი თვისებები, რომლებიც საუკეთესოდ ემთხვევა სითხის დაკვირვებებს დინამიკა. გამოიყენეთ ისინი სითხის მოძრაობის აღსაწერად.
C- ფაქტორი Shear Rate- ში
ერთი მაგალითი,ბლეიკ-კოზენი / კანელაკორელაციამ აჩვენა, რომ თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ თხევადობის სიჩქარე ფოროსის მასშტაბის ნაკადის სიმულაციიდან საშუალო დონის რეგულირებისას "C- ფაქტორი", ფაქტორი, რომელიც ითვალისწინებს როგორ ხდება სითხის ფორიანობის თვისებები, გამტარიანობა, სითხის რეოლოგია და სხვა მნიშვნელობები. განსხვავდება ეს მიგნება მოხდა C- ფაქტორის კორექტირების გზით მისაღები რაოდენობით, რომელიც ექსპერიმენტულმა შედეგებმა აჩვენა.
განტოლებათა ზოგადი ფორმა, წვერის სიჩქარის გამოსათვლელად, იგივე რჩება. მეცნიერები და ინჟინრები იყენებენ მოძრაობის ფენის სიჩქარეს დაყოფილია მანძილზე ფენებს შორის, როდესაც გამოყოფენ განტოლების სიჩქარეს.
Shear Rate vs. სიბლანტე
არსებობს უფრო მოწინავე და ნიუანსირებული ფორმულები სხვადასხვა სითხის სხვადასხვა და სპეციფიკური სცენარების წვეთის და სიბლანტის შესამოწმებლად. შეწყვეტის მაჩვენებლის შედარება ამ შემთხვევების სიბლანტე შეიძლება გაჩვენოთ, როდესაც ერთი უფრო სასარგებლოა, ვიდრე მეორე. თვითონ დიზაინის ხრახნები, რომლებიც იყენებენ სივრცის არხებს მეტალის სპირალის მსგავს მონაკვეთებს შორის, საშუალებას აძლევს მათ ადვილად მოირგონ მათთვის განკუთვნილ დიზაინებში.
პროცესიექსტრუზია, პროდუქტის დამზადების მეთოდი ფოლადის დისკებში გახსნის გზით ფორმის ფორმირების გზით, საშუალებას მოგცემთ გააკეთოთ ლითონების, პლასტმასის და თუნდაც ისეთი საკვების, როგორიცაა მაკარონი ან ბურღულეული, სპეციფიკური დიზაინი. ამას აქვს განაცხადები ფარმაცევტული პროდუქტების შესაქმნელად, როგორიცაა სუსპენზია და სპეციფიკური წამლები. ექსტრუზიის პროცესი ასევე ცხადყოფს სხვაობას წვერის სიჩქარესა და სიბლანტეს შორის.
განტოლებით
\ გამა = \ frac {\ pi DN} {60 სთ}
ხრახნის დიამეტრისთვისდმმ-ში, ხრახნის სიჩქარენრევოლუციებში წუთში (ბრუნვები) და არხის სიღრმეშითმმ-ში შეგიძლიათ გამოანგარიშოთ ხრახნიანი არხის ექსტრუზიისთვის ბჭის სიჩქარე. ეს განტოლება სრულად ჰგავს თავდაპირველი წვეთიანობის ფორმულას (γ = V / x)მოძრავი ფენის სიჩქარის გაყოფა ორ ფენას შორის მანძილზე. ეს ასევე მოგცემთ rpm ბრუნვის სიჩქარის კალკულატორს, რომელიც ითვალისწინებს სხვადასხვა პროცესების წუთში რევოლუციებს.
ჭრის სიჩქარე ხრახნების გაკეთებისას
ამ პროცესის დროს ინჟინრები იყენებენ წანაცვლების სიჩქარეს ხრახნსა და ლულის კედელს შორის. ამის საპირისპიროდ, ჭრის სიჩქარე, რადგან ხრახნი აღწევს ფოლადის დისკზე, არის
\ გამა = \ frac {4Q} {\ pi R ^ 3}
მოცულობითი დინებითQდა ხვრელის რადიუსირ, რომელიც ჯერ კიდევ ჰგავს თავდაპირველ ათვლის სიჩქარის ფორმულას.
თქვენ გამოთვალეთQწნევის ვარდნის არხზე დაყოფითΔPპოლიმერის სიბლანტის მიერη, მსგავსია ნაწყვეტის სტრესის ორიგინალური განტოლებისაτ.ეს კონკრეტული მაგალითები გაძლევთ ნაჭრის სიჩქარის შედარების სხვა მეთოდს. სიბლანტე და სითხეების მოძრაობაში განსხვავების რაოდენობრივი შეფასების ამ მეთოდების საშუალებით თქვენ უკეთ გაიგებთ ამ ფენომენების დინამიკას.
Shear Rate და Viscosity პროგრამები
სითხეების ფიზიკური და ქიმიური მოვლენების შესწავლის გარდა, წანაცვლება და სიბლანტე იყენებს სხვადასხვა პროგრამებს ფიზიკაში და ინჟინერიაში. ნიუტონის სითხეები, რომლებსაც აქვთ მუდმივი სიბლანტე, როდესაც ტემპერატურა და წნევა მუდმივია, რადგან ამ სცენარებში ფაზის ცვლილებების ქიმიური რეაქციები არ ხდება.
სითხეების რეალურ მაგალითთა უმეტესობა არც ისე მარტივია. შეგიძლიათ გამოანგარიშოთ არა-ნიუტონის სითხეების სიბლანტე, რადგან ისინი დამოკიდებულია ჭრის სიჩქარეზე. მეცნიერები და ინჟინრები, როგორც წესი, იყენებენ რეომეტრებს ჭრის სიჩქარისა და მასთან დაკავშირებული ფაქტორების გაზომვაში, ასევე თვითონვე ასწორებენ.
როგორც თქვენ შეცვლით სხვადასხვა სითხის ფორმას და როგორ ხდება მათი დალაგება სითხეების სხვა ფენებთან მიმართებაში, სიბლანტე შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. ზოგჯერ მეცნიერები და ინჟინრები "აშკარა სიბლანტე"ცვლადის გამოყენებითηAროგორც ამ ტიპის სიბლანტე. ბიოფიზიკაში ჩატარებულმა გამოკვლევებმა აჩვენა, რომ სისხლის აშკარა სიბლანტე სწრაფად იზრდება, როდესაც წანაცვლება 200 წმ-ზე დაბლა დაეცემა-1.
სისტემებისთვის, რომლებიც ახდენენ სითხის ამოტუმბვას, შერევას და ტრანსპორტირებას, აშკარა სიბლანტე იძლევა წვეთის სიჩქარეს ინჟინრები ფარმაცევტულ ინდუსტრიაში პროდუქციის წარმოებისა და მალამოების წარმოების გზას კრემები.
ეს პროდუქტები უპირატესობას ანიჭებენ ამ სითხეების არა-ნიუტონის ქცევას ისე, რომ სიბლანტე იკლებს კანზე მალამო ან კრემის წასმისას. როდესაც თქვენ შეწყვეტთ ფხვნილს, სითხის პრიზი ასევე წყდება ისე, რომ პროდუქტის სიბლანტე იზრდება და მასალა წყდება.