Как рассчитать скорость сдвига

Вращая ложку в чашке чая, чтобы перемешать, вы сможете понять, насколько важно понимать динамику жидкостей в повседневной жизни. Использование физики для описания течения и поведения жидкостей может показать вам замысловатые и сложные силы, которые входят в такую ​​простую задачу, как перемешивание чашки чая. Скорость сдвига - один из примеров, который может объяснить поведение жидкостей.

Жидкость «срезается», когда разные слои жидкости движутся друг мимо друга. Скорость сдвига описывает эту скорость. Более техническое определение состоит в том, что скорость сдвига - это градиент скорости потока, перпендикулярный или под прямым углом к ​​направлению потока. Это создает нагрузку на жидкость, которая может разорвать связи между частицами в ее материале, поэтому ее называют «сдвигом».

Когда вы наблюдаете параллельное движение пластины или слоя материала, находящегося над другой пластиной или слоем, тем не менее, вы можете определить скорость сдвига по скорости этого слоя по отношению к расстоянию между двумя слои. Ученые и инженеры используют формулу

Это позволяет рассчитать скорость сдвига как функцию движения самих слоев, если вы предполагаете, что верхняя пластина или слой движутся параллельно нижнему. Единицами скорости сдвига обычно являются s^-1 для разных целей.

При нажатии на кожу жидкости, например лосьона, жидкость движется параллельно коже и противодействует движению, при котором жидкость прижимается непосредственно к коже. Форма жидкости по отношению к вашей коже влияет на то, как частицы лосьона распадаются при нанесении.

Вы также можете связать скорость сдвигаγк напряжению сдвигаτ(«тау») вязкости, сопротивления жидкости течению,η("эта") через

​яn которыйτте же единицы, что и давление (Н / м² или паскаль Па) иηв единицах(Н / м² с). Ввязкостьдает вам другой способ описания движения жидкости и вычисления напряжения сдвига, уникального для вещества самой жидкости.

Эта формула скорости сдвига позволяет ученым и инженерам определять внутреннюю природу абсолютного напряжения материалов, которые они используют. в изучении биофизики механизмов, таких как цепь переноса электронов и химических механизмов, таких как полимерное заводнение.

Более сложные примеры формулы скорости сдвига связывают скорость сдвига с другими свойствами жидкостей, такими как скорость потока, пористость, проницаемость и адсорбция. Это позволяет использовать скорость сдвига в сложныхбиологические механизмы, например, производство биополимеров и других полисахаридов.

Эти уравнения получены путем теоретических расчетов свойств самих физических явлений, а также путем проверки того, какие типы уравнений для формы, движения и подобных свойств лучше всего соответствуют наблюдениям за жидкостью динамика. Используйте их для описания движения жидкости.

Один пример,Блейк-Козени / Каннеллакорреляция, показала, что вы можете вычислить скорость сдвига на основе среднего значения моделирования потока в масштабе пор при корректировке «C-фактор», фактор, который учитывает, как свойства жидкости, такие как пористость, проницаемость, реология жидкости и другие значения. отличаться. Это открытие стало возможным благодаря корректировке C-фактора в пределах диапазона допустимых значений, который показали экспериментальные результаты.

Общий вид уравнений для расчета скорости сдвига остается относительно прежним. Ученые и инженеры используют скорость движущегося слоя, деленную на расстояние между слоями, при составлении уравнений скорости сдвига.

Существуют более продвинутые и подробные формулы для тестирования скорости сдвига и вязкости различных жидкостей для различных конкретных сценариев. Сравнение скорости сдвига и вязкость для этих случаев может показать вам, когда один из них более полезен, чем другой. Разработка самих винтов, в которых используются каналы пространства между металлическими спиралевидными секциями, может позволить им легко вписаться в конструкции, для которых они предназначены.

Процессэкструзия, метод изготовления продукта путем проталкивания материала через отверстия в стальных дисках для формирования формы, может позволить вам создавать определенные конструкции из металлов, пластмасс и даже таких продуктов, как макаронные изделия или крупы. Это имеет применение при создании фармацевтических продуктов, таких как суспензии и определенные лекарства. Процесс экструзии также демонстрирует разницу между скоростью сдвига и вязкостью.

С уравнением

для диаметра винтаDв мм, скорость шнекаNв оборотах в минуту (об / мин) и глубине каналачасв мм можно рассчитать скорость сдвига при выдавливании шнекового канала. Это уравнение очень похоже на исходную формулу скорости сдвига (γ = V / x)в делении скорости движущегося слоя на расстояние между двумя слоями. Это также дает вам калькулятор скорости сдвига от оборотов в минуту, который учитывает количество оборотов в минуту различных процессов.

Во время этого процесса инженеры используют скорость сдвига между винтом и стенкой цилиндра. Напротив, скорость сдвига при проникновении винта в стальной диск составляет

с объемным расходомQи радиус отверстияр, который все еще имеет сходство с исходной формулой скорости сдвига.

Вы рассчитываетеQразделив перепад давления в каналеΔPпо вязкости полимераη, аналогично исходному уравнению для касательного напряженияτ.Этот конкретный пример дает вам еще один метод сравнения скорости сдвига и скорости сдвига. вязкость, и с помощью этих методов количественной оценки различий в движении жидкостей вы можете лучше понять динамику этих явлений.

Помимо изучения физических и химических явлений самих жидкостей, скорость сдвига и вязкость используются во множестве приложений в физике и технике. Ньютоновские жидкости, которые имеют постоянную вязкость при постоянных температуре и давлении, потому что в этих сценариях отсутствуют химические реакции фазовых изменений.

Однако большинство реальных примеров жидкостей не так просты. Вы можете рассчитать вязкость неньютоновских жидкостей, поскольку она зависит от скорости сдвига. Ученые и инженеры обычно используют реометры для измерения скорости сдвига и связанных с ней факторов, а также для выполнения самого сдвига.

Когда вы меняете форму различных жидкостей и их расположение по отношению к другим слоям жидкостей, вязкость может значительно меняться. Иногда ученые и инженеры ссылаются на "кажущаяся вязкость"используя переменнуюηAкак этот тип вязкости. Исследования в области биофизики показали, что кажущаяся вязкость крови быстро увеличивается, когда скорость сдвига падает ниже 200 с.^-1.

Для систем, которые перекачивают, смешивают и транспортируют жидкости, кажущаяся вязкость наряду со скоростью сдвига дает разрабатывает способ производства продуктов в фармацевтической промышленности и производстве мазей и кремы.

Эти продукты используют неньютоновское поведение этих жидкостей, поэтому вязкость уменьшается, когда вы втираете мазь или крем в кожу. Когда вы прекращаете трение, прекращается и сдвиг жидкости, так что вязкость продукта увеличивается, и материал оседает.