Како израчунати брзину смицања

Предење кашике у шољи чаја да бисте је помешали може вам показати колико је важно разумети динамику течности у свакодневном животу. Коришћење физике за описивање протока и понашања течности може вам показати замршене и сложене силе које улазе у тако једноставан задатак као мешање шоље чаја. Брзина смицања је један пример који може објаснити понашање течности.

Течност се „стриже“ када се различити слојеви течности померају један поред другог. Брзина смицања описује ову брзину. Техничка дефиниција је да је брзина смицања градијент брзине протока окомито или под правим углом на смер протока. Представља оптерећење за течност која може да прекине везе између честица у свом материјалу, због чега је описана као „смицање“.

Када посматрате паралелно кретање плоче или слоја материјала изнад друге плоче или слоја који је ипак, брзину смицања можете одредити из брзине овог слоја с обзиром на растојање између њих слојеви. Научници и инжењери користе формулуγ = В / кза брзину смицањаγ(„гама“) у јединицама с^-1, брзина покретног слојаВ.и растојање између слојеваму метрима.

Ово вам омогућава израчунавање брзине смицања у функцији кретања самих слојева ако претпоставите да се горња плоча или слој помера паралелно са дном. Јединице брзине смицања су обично с^-1 у различите сврхе.

Притисак течности попут лосиона на кожу чини кретање течности паралелно вашој кожи и супротставља се покрету који течност притиска директно на кожу. Облик течности у односу на вашу кожу утиче на то како се честице лосиона распадају приликом наношења.

Такође можете повезати брзину смицањаγдо смичућег напрезањаτ("тау") до вискозности, отпор течности према протоку,η("ета") до

​ин којиτје исте јединице као и притисак (Н / м² или паскали Па) иηу јединицама(Н / м² с). Тхевискозностдаје вам још један начин за описивање кретања течности и израчунавање смичућег напрезања који је јединствен за саму супстанцу течности.

Ова формула брзине смицања омогућава научницима и инжењерима да утврде суштинску природу пуког напрезања за материјале које користе у проучавању биофизике механизама попут ланца транспорта електрона и хемијских механизама попут поплаве полимера.

Компликованији примери формуле брзине смицања повезују брзину смицања са другим својствима течности као што су брзина протока, порозност, пропустљивост и адсорпција. Ово вам омогућава компликовано коришћење брзине смицањабиолошких механизама, као што је производња биополимера и других полисахарида.

Ове једначине настају теоријским прорачунима својстава самих физичких појава, као и кроз испитивање које врсте једначина за облик, кретање и слична својства најбоље одговарају запажањима течности динамика. Помоћу њих описујте кретање течности.

Један пример,Блаке-Козени / Цаннеллакорелација, показала је да можете израчунати брзину смицања из просека симулације протока у размери пора док подешавате „Ц-фактор“, фактор који објашњава како својства течности имају порозност, пропусност, реологију течности и друге вредности варирати. До овог открића дошло је подешавањем Ц-фактора у оквиру прихватљивих количина које су показали експериментални резултати.

Општи облик једначина за израчунавање брзине смицања остаје релативно исти. Научници и инжењери користе брзину слоја у покрету подељену растојањем између слојева када излазе са једначинама брзине смицања.

Постоје напредније и нијансираније формуле за испитивање брзине смицања и вискозности различитих течности за различите, специфичне сценарије. Упоређујући брзину смицања наспрам вискозност за ове случајеве може вам показати када је један кориснији од другог. Сами пројектирање вијака који користе размаке између металних спиралних делова могу им омогућити да се лако уклопе у дизајн за који су намењени.

Процесекструзија, метода израде производа присиљавањем материјала кроз отворе на челичним дисковима да формирају облик, може вам омогућити да направите специфичне дизајне од метала, пластике, па чак и хране попут тестенине или житарица. Ово има примену у стварању фармацеутских производа попут суспензија и одређених лекова. Процес екструзије такође показује разлику између брзине смицања и вискозности.

Уз једначину

за пречник вијкаД.у мм, брзина завртањаН.у обртајима у минути (о / мин) и дубини каналаху мм, можете израчунати брзину смицања за истискивање вијчаног канала. Ова једначина је потпуно слична оригиналној формули брзине смицања (γ = В / к)у подели брзине покретног слоја са растојањем између два слоја. Ово вам такође даје калкулатор брзине смицања о / мин који узима у обзир број обртаја у минути различитих процеса.

Током овог поступка инжењери користе брзину смицања између завртња и зида цеви. Насупрот томе, брзина смицања како вијак продире кроз челични диск је

са запреминским протокомКи полупречник рупеР., који и даље има сличност са оригиналном формулом брзине смицања.

РачунатеКподелом пада притиска на каналуΔПвискозитетом полимераη, слично оригиналној једначини за смичуће напрезањеτ.Ови конкретни примери дају вам још један метод упоређивања брзине смицања наспрам вискозности и, помоћу ових метода квантификовања разлика у кретању течности, можете боље разумети динамику ових појава.

Осим проучавања физичких и хемијских појава самих течности, брзина смицања и вискозност имају примену у разним применама у физици и инжењерству. Њутновске течности које имају константну вискозност када су температура и притисак константни, јер у тим сценаријима нема хемијских реакција промене фазе.

Већина примера течности из стварног света ипак није тако једноставна. Можете израчунати вискозности не-њутновских течности јер зависе од брзине смицања. Научници и инжењери обично користе реометре за мерење брзине смицања и сродних фактора, као и за извођење самог смицања.

Како мењате облик различитих течности и како су распоређени у односу на остале слојеве течности, вискозност може значајно да варира. Понекад се научници и инжењери позивају на „привидна вискозност"користећи променљивуηАкао овај тип вискозности. Истраживање у биофизици показало је да се привидна вискозност крви брзо повећава када брзина смицања падне испод 200 с^-1.

За системе који пумпају, мешају и транспортују течности, даје се привидни вискозитет заједно са брзинама смицања инжењери начин производње производа у фармацеутској индустрији и производња масти и креме.

Ови производи искоришћавају не-њутновско понашање ових течности тако да се вискозност смањује када трљате маст или крему по кожи. Када престанете да трљате, престаје и смицање течности, тако да се повећава вискозност производа и материјал се таложи.