Sukant šaukštą arbatos puodelyje, kad jis būtų sumaišytas, galite parodyti, kaip tikslinga suprasti skysčių dinamiką kasdieniame gyvenime. Naudojant fiziką skysčių srautui ir elgesiui apibūdinti, galite parodyti sudėtingas ir sudėtingas jėgas, atliekančias tokią paprastą užduotį kaip arbatos puodelio maišymas. Šlyties greitis yra vienas iš pavyzdžių, galinčių paaiškinti skysčių elgseną.
Šlyties normos formulė
Skystis „nukerpamas“, kai skirtingi skysčio sluoksniai juda vienas už kito. Šlyties greitis apibūdina šlyties greitį. Techniškesnis apibrėžimas yra tai, kad šlyties greitis yra srauto greičio gradientas statmenas arba stačiu kampu srauto krypčiai. Tai kelia skysčio įtampą, kuri gali nutraukti jungtis tarp dalelių savo medžiagoje, todėl jis apibūdinamas kaip „šlyties“.
Kai stebite lygiagrečią plokštės arba medžiagos sluoksnio, esančio virš kitos plokštės ar sluoksnio, judėjimą vis tiek galite nustatyti šlyties greitį pagal šio sluoksnio greitį, atsižvelgiant į atstumą tarp dviejų sluoksniai. Mokslininkai ir inžinieriai naudoja šią formulę
Tai leidžia apskaičiuoti šlyties greitį kaip paties sluoksnio judėjimo funkciją, jei manote, kad viršutinė plokštė ar sluoksnis juda lygiagrečiai dugnui. Šlyties greičio vienetai paprastai yra s-1 skirtingiems tikslams.
Kirpimo stresas
Paspaudus ant odos skysčio, pvz., Losjono, skysčio judėjimas tampa lygiagretus jūsų odai ir priešinamas judesiui, kuris spaudžia skystį tiesiai ant odos. Skysčio forma, atsižvelgiant į jūsų odą, turi įtakos losjono dalelių suskaidymui, kai jos tepamos.
Taip pat galite susieti šlyties greitįγiki kirpimo stresoτ(„tau“) klampai, skysčio atsparumui srautui,η(„eta“) iki
\ gamma = \ frac {\ eta} {\ tau}
in kuriτyra tie patys slėgio vienetai (N / m2 arba paskalai Pa) irηvienetais(N / m2 s). Theklampumassuteikia jums dar vieną būdą apibūdinti skysčio judėjimą ir apskaičiuoti šlyties įtampą, būdingą tik pačiai skysčio medžiagai.
Ši šlyties normos formulė leidžia mokslininkams ir inžinieriams nustatyti jų naudojamų medžiagų didžiulio streso pobūdį tiriant tokių mechanizmų kaip elektronų perdavimo grandinė ir cheminių mechanizmų, tokių kaip polimerų užtvindymas, biofiziką.
Kitos šlyties normos formulės
Sudėtingesni šlyties greičio formulės pavyzdžiai yra susiję su kitomis skysčių savybėmis, tokiomis kaip srauto greitis, poringumas, pralaidumas ir adsorbcija. Tai leidžia sudėtingai naudoti kirpimo greitįbiologiniai mechanizmai, pavyzdžiui, biopolimerų ir kitų polisacharidų gamyba.
Šios lygtys gaunamos teoriškai apskaičiuojant pačių fizinių reiškinių savybes, taip pat išbandant, kokios formos, judesio ir panašių savybių lygtys geriausiai atitinka skysčio stebėjimus dinamika. Jais apibūdinkite skysčio judėjimą.
C koeficientas šlyties greičiu
Vienas iš pavyzdžiųBlake-Kozeny / Cannellakoreliacija parodė, kad galite apskaičiuoti šlyties greitį iš porų skalės srauto modeliavimo vidurkio, tuo pačiu koreguodami „C faktorius“ - faktorius, kuris atspindi skysčio poringumą, pralaidumą, skysčio reologiją ir kitas vertes skirtis. Ši išvada atsirado koreguojant C koeficientą per priimtinus kiekius, kuriuos parodė eksperimentiniai rezultatai.
Bendra šlyties greičio apskaičiavimo lygčių forma išlieka santykinai ta pati. Mokslininkai ir inžinieriai, pateikdami šlyties greičio lygtis, naudoja judančio sluoksnio greitį, padalytą iš atstumo tarp sluoksnių.
Šlyties koeficientas vs. Klampa
Yra pažangesnės ir niuansuotesnės formulės, skirtos išbandyti įvairių skysčių kirpimo greitį ir klampą pagal skirtingus, specifinius scenarijus. Lyginant šlyties greitį ir klampumas šiais atvejais gali parodyti, kai vienas yra naudingesnis už kitą. Patys sukdami varžtus, kurie naudoja erdvės kanalus tarp metalinių spiralės formos dalių, jie gali lengvai tilpti į dizainus, kuriems jie skirti.
Procesasišspaudimas, gaminant produktą, priverčiant medžiagą per angas plieno diskuose, kad susidarytų forma, galite leisti gaminti specialų metalų, plastikų ir net maisto produktų, pavyzdžiui, makaronų ar grūdų, dizainą. Tai taikoma kuriant farmacijos produktus, tokius kaip suspensijos ir specifiniai vaistai. Ekstruzijos procesas taip pat parodo skirtumą tarp šlyties greičio ir klampos.
Su lygtimi
\ gamma = \ frac {\ pi DN} {60h}
varžto skersmeniuiDmm, varžto greitisNapsisukimais per minutę (aps./min.) ir kanalo gyliuhmm, galite apskaičiuoti sraigtinio kanalo štampavimo greitį. Ši lygtis labai panaši į pradinę šlyties greičio formulę (γ = V / x)dalijant judančio sluoksnio greitį atstumu tarp dviejų sluoksnių. Tai taip pat suteikia jums apsisukimų dažnio skaičiuoklę, kuri apskaito skirtingų procesų apsisukimus per minutę.
Kirpimo greitis gaminant varžtus
Inžinieriai šio proceso metu naudoja šlyties greitį tarp varžto ir statinės sienos. Priešingai, šlyties greitis, kai varžtas prasiskverbia į plieninį diską, yra
\ gamma = \ frac {4Q} {\ pi R ^ 3}
su tūriniu srautuKlausimasir skylės spindulysR, kuris vis dar panašus į pradinę šlyties normos formulę.
Jūs apskaičiuojateKlausimasdalijant slėgio kritimą kanaleΔPpagal polimero klampumąη, panašus į pradinę šlyties įtempio lygtįτ.Šie konkretūs pavyzdžiai pateikia dar vieną metodą, kaip palyginti šlyties greitį ir klampumą, ir naudodamiesi šiais skysčių judėjimo skirtumų kiekybinio įvertinimo metodais, galite geriau suprasti šių reiškinių dinamiką.
Šlyties norma ir klampa
Išskyrus pačių skysčių fizikinių ir cheminių reiškinių tyrimą, šlyties greitis ir klampa yra naudojami įvairiose fizikos ir inžinerijos srityse. Niutono skysčiai, kurių klampa yra pastovi, kai temperatūra ir slėgis yra pastovūs, nes tuose scenarijuose nevyksta fazių pokyčių cheminės reakcijos.
Daugelis realių skysčių pavyzdžių vis dėlto nėra tokie paprasti. Galite apskaičiuoti ne Niutono skysčių klampas, nes jie priklauso nuo kirpimo greičio. Mokslininkai ir inžinieriai reometrus paprastai naudoja matuodami kirpimo greitį ir susijusius veiksnius, taip pat atlikdami patį kirpimą.
Keičiant skirtingų skysčių formą ir jų išdėstymą kitų skysčių sluoksnių atžvilgiu, klampa gali labai skirtis. Kartais mokslininkai ir inžinieriai nurodo „matomas klampumas"naudojant kintamąjįηAkaip šio tipo klampa. Biofizikos tyrimai parodė, kad tariamasis kraujo klampumas greitai padidėja, kai šlyties greitis nukrenta žemiau 200 s-1.
Skystį pumpuojančioms, maišančioms ir transportuojančioms sistemoms matomas klampumas kartu su šlyties greičiais inžinieriai gamina produktus farmacijos pramonėje ir gamina tepalus bei kremai.
Šie produktai naudojasi ne niutonišku šių skysčių elgesiu, todėl klampumas sumažėja patepus odą tepalu ar kremu. Nustojus trinti, skysčio kirpimas taip pat sustoja, kad padidėtų produkto klampa ir medžiaga nusėstų.