차 한잔에 숟가락을 돌려 섞어 보면 일상 생활에서 액체의 역학을 이해하는 것이 얼마나 적절한 지 알 수 있습니다. 물리학을 사용하여 액체의 흐름과 거동을 설명하면 차 한 잔을 젓는 것과 같은 간단한 작업에 들어가는 복잡하고 복잡한 힘을 알 수 있습니다. 전단 속도는 유체의 거동을 설명 할 수있는 한 가지 예입니다.
전단 율 공식
유체의 서로 다른 층이 서로 지나갈 때 유체는 "전단"됩니다. 전단 속도는이 속도를 나타냅니다. 보다 기술적 정의는 전단 속도가 흐름 방향에 수직 또는 직각 인 유속 구배라는 것입니다. 그것은 물질에있는 입자들 사이의 결합을 끊을 수있는 액체에 부담을줍니다. 이것이 바로 "전단"으로 묘사되는 이유입니다.
플레이트 또는 다른 플레이트 위에있는 재료 레이어의 평행 운동을 관찰 할 때 그래도 두 레이어 사이의 거리와 관련하여이 레이어의 속도에서 전단 속도를 결정할 수 있습니다. 레이어. 과학자와 엔지니어는 공식을 사용합니다.γ = V / x전단 율γ( "감마") (s 단위)-1, 이동 레이어의 속도V그리고 층 사이의 거리미디엄미터 단위.
이렇게하면 상단 플레이트 또는 레이어가 하단과 평행하게 이동한다고 가정하는 경우 레이어 자체의 움직임에 따라 전단 속도를 계산할 수 있습니다. 전단 속도 단위는 일반적으로 s입니다.-1 다른 목적으로.
전단 응력
로션과 같은 액체를 피부에 누르면 액체의 움직임이 피부와 평행하게되고 액체를 피부에 직접 누르는 움직임과 반대됩니다. 피부와 관련된 액체의 모양은 로션 입자가 도포 될 때 분해되는 방식에 영향을줍니다.
전단 속도를 연관시킬 수도 있습니다.γ전단 응력에τ( "tau")는 점도, 유동에 대한 유체의 저항,η( "eta") ~
\ gamma = \ frac {\ eta} {\ tau}
나는n 어느τ압력과 같은 단위입니다 (N / m2 또는 파스칼 Pa) 및η단위로(N / m2 에스). 그만큼점도유체의 움직임을 설명하고 유체 자체의 고유 한 전단 응력을 계산하는 또 다른 방법을 제공합니다.
이 전단 율 공식을 통해 과학자와 엔지니어는 사용하는 재료에 대한 순 응력의 본질적인 특성을 결정할 수 있습니다. 전자 수송 사슬과 같은 메커니즘의 생물 물리학과 폴리머 범람과 같은 화학적 메커니즘을 연구합니다.
기타 전단 율 공식
전단 속도 공식의 더 복잡한 예는 전단 속도를 유속, 다공성, 투과성 및 흡착과 같은 액체의 다른 특성과 관련시킵니다. 이것은 복잡한 전단 속도를 사용할 수 있습니다생물학적 메커니즘, 바이오 폴리머 및 기타 다당류의 생산과 같은.
이 방정식은 물리적 현상 자체의 특성에 대한 이론적 계산뿐만 아니라 유체 관찰에 가장 적합한 모양, 운동 및 유사한 속성에 대한 방정식 유형 테스트를 통해 역학. 유체 운동을 설명하는 데 사용합니다.
전단 률의 C 계수
한 가지 예는Blake-Kozeny / Cannella상관 관계를 조정하면서 기공 규모 유동 시뮬레이션의 평균에서 전단 속도를 계산할 수 있음을 보여주었습니다. 유체의 다공성, 투과성, 유체 유변학 및 기타 값의 특성을 설명하는 요소 인 "C- 인자" 다르다. 이 결과는 실험 결과가 보여준 허용 가능한 양의 범위 내에서 C 계수를 조정하여 이루어졌습니다.
전단 속도를 계산하는 방정식의 일반적인 형식은 비교적 동일합니다. 과학자와 엔지니어는 전단 속도 방정식을 만들 때 운동중인 레이어의 속도를 레이어 사이의 거리로 나눈 값을 사용합니다.
전단 율 대. 점도
다양한 특정 시나리오에 대해 다양한 유체의 전단 속도와 점도를 테스트하기위한보다 고급적이고 미묘한 공식이 존재합니다. 전단 속도와 이러한 경우의 점도는 하나가 다른 것보다 더 유용한 때를 보여줄 수 있습니다. 금속 나선형 섹션 사이의 공간 채널을 사용하는 나사 자체를 설계하면 원하는 설계에 쉽게 맞출 수 있습니다.
과정압출강철 디스크의 구멍을 통해 재료를 강제로 모양을 형성하여 제품을 만드는 방법으로 금속, 플라스틱, 심지어 파스타 나 시리얼과 같은 음식까지 특정 디자인을 만들 수 있습니다. 이것은 현탁액 및 특정 약물과 같은 의약품을 만드는 데 적용됩니다. 압출 공정은 또한 전단 속도와 점도의 차이를 보여줍니다.
방정식으로
\ 감마 = \ frac {\ pi DN} {60h}
나사 직경디mm, 스크류 속도엔분당 회전 수 (rpm) 및 채널 깊이hmm 단위로 스크류 채널의 돌출에 대한 전단 속도를 계산할 수 있습니다. 이 방정식은 원래의 전단 율 공식 (γ = V / x)움직이는 층의 속도를 두 층 사이의 거리로 나눈 것입니다. 이것은 또한 다른 프로세스의 분당 회전 수를 설명하는 전단 속도 계산기에 대한 rpm을 제공합니다.
나사를 만들 때 전단 율
엔지니어는이 과정에서 나사와 배럴 벽 사이의 전단 속도를 사용합니다. 반대로 나사가 강철 디스크를 관통 할 때 전단 속도는 다음과 같습니다.
\ gamma = \ frac {4Q} {\ pi R ^ 3}
체적 흐름으로큐및 구멍 반경아르 자형, 여전히 원래의 전단 율 공식과 유사합니다.
당신은 계산큐채널 전체의 압력 강하를 나누어ΔP폴리머 점도에 따라η, 전단 응력에 대한 원래 방정식과 유사τ.이 특정 예는 전단 속도와 전단 속도를 비교하는 또 다른 방법을 제공합니다. 유체 운동의 차이를 정량화하는 이러한 방법을 통해 이러한 현상의 역학을 더 잘 이해할 수 있습니다.
전단 율 및 점도 응용
유체 자체의 물리적 및 화학적 현상을 연구하는 것 외에도 전단 속도와 점도는 물리학 및 공학 전반에 걸쳐 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 온도와 압력이 일정 할 때 점도가 일정한 뉴턴 액체는 이러한 시나리오에서 발생하는 위상 변화의 화학 반응이 없기 때문입니다.
하지만 실제 유체의 대부분의 예는 그렇게 간단하지 않습니다. 전단 속도에 따라 비 뉴턴 유체의 점도를 계산할 수 있습니다. 과학자와 엔지니어는 일반적으로 전단 속도 및 관련 요인을 측정하고 전단 자체를 수행하는 데 레오 미터를 사용합니다.
다른 유체의 모양과 유체의 다른 층에 대해 배열되는 방식을 변경하면 점도가 크게 달라질 수 있습니다. 때때로 과학자와 엔지니어는 "겉보기 점도"변수 사용ηA이 유형의 점도로. 생물 물리학 연구에 따르면 전단 속도가 200 초 미만으로 떨어지면 혈액의 겉보기 점도가 빠르게 증가합니다.-1.
유체를 펌핑, 혼합 및 운반하는 시스템의 경우 전단 속도와 함께 겉보기 점도는 제약 산업에서 제품을 제조하는 방법과 연고 및 크림.
이 제품은 연고 나 크림을 피부에 문지르면 점도가 감소하도록 이러한 유체의 비 뉴턴 적 행동을 이용합니다. 문지르는 것을 멈 추면 액체의 전단도 멈추어 제품의 점도가 증가하고 재료가 안정됩니다.