Hogyan kell kiszámítani a nyírási sebességet?

Tartalom

• Nyírási sebesség képlet
• Nyírófeszültség
• Egyéb nyírási arány képletek
• C-tényező a nyírási sebességben
• Nyírási sebesség vs viszkozitás
• Nyírási sebesség csavarok készítésekor
• Nyírási sebesség és viszkozitás alkalmazások

Egy kanál forgatása egy csésze teához keveréshez megmutathatja, mennyire helyénvaló megérteni a folyadékok dinamikáját a mindennapi életben. A fizika segítségével a folyadék áramlásának és viselkedésének leírása megmutathatja azokat a bonyolult és bonyolult erőket, amelyek olyan egyszerű feladatra vezetnek, mint egy csésze tea keverése. A nyírási sebesség egy példa, amely magyarázza a folyadékok viselkedését.

Nyírási sebesség képlet

A folyadék "nyíródik", amikor a folyadék különböző rétegei elhaladnak egymás mellett. A nyírási sebesség leírja ezt a sebességet. Technikusabb meghatározás az, hogy a nyírási sebesség az áramlási sebesség gradiense merőleges vagy merőleges az áramlási irányra. Feszültséget jelent a folyadékra, amely megszakíthatja a kötődéseket az anyagában lévő részecskék között, ezért írják le „nyíróként”.

Ha megfigyeljük egy lemez vagy egy anyagréteg párhuzamos mozgását, amely egy másik lemez felett van, vagy még mindig a réteg, akkor meg lehet határozni a nyírási sebességet e réteg sebességétől a két réteg közötti távolság szempontjából. A tudósok és a mérnökök a képletet használják γ = V / x a nyírási sebességért γ ("gamma") s egységekben^-1, a mozgó réteg sebessége V és a rétegek közötti távolság m méterben.

Ez lehetővé teszi a nyírási sebesség kiszámítását a rétegek mozgásának függvényében, ha feltételezi, hogy a felső lemez vagy a réteg az aljával párhuzamosan mozog. A nyírási sebesség mértékegysége általában s^-1 különböző célokra.

Nyírófeszültség

Ha egy folyadékot, például a krémet rányomja a bőrére, a folyadékok a bőrével párhuzamosan mozognak, és szemben vannak a folyadékot közvetlenül a bőrre nyomó mozgással. A folyadék alakja a bőréhez viszonyítva befolyásolja a krém részecskéinek felbomlását a felvitel során.

Összekapcsolhatja a nyírási sebességet γ a nyírófeszültséghez τ ("tau") viszkozitás, folyadékok áramlási ellenállása, η ("eta") keresztül γ = η / τ i_n amely _τ ugyanaz az egységek, mint a nyomás (N / m² vagy paskalák Pa) és η egységben _ (_ N / m² s). A viszkozitás egy másik módszert ad a folyadék mozgásának leírására és a nyírási feszültség kiszámítására, amely maga a folyadék anyaga egyedi.

Ez a nyírási sebesség-formula lehetővé teszi a tudósok és a mérnökök számára, hogy meghatározzák az anyagok pusztító stresszének belső természetét, amelyet olyan mechanizmusok biofizikájának tanulmányozásához használnak, mint például az elektronszállító lánc, és kémiai mechanizmusok, mint például a polimer elárasztása.

Egyéb nyírási arány képletek

A nyírósebesség-képlet bonyolultabb példái a nyírási sebességet a folyadékok egyéb tulajdonságaira, például áramlási sebességre, porozitásra, áteresztőképességre és adszorpcióra vonatkoztatják. Ez lehetővé teszi a nyírási sebesség bonyolult felhasználását biológiai mechanizmusok, például biopolimerek és más poliszacharidok előállítása.

Ezeket az egyenleteket maguk a fizikai jelenségek tulajdonságainak elméleti kiszámításával, valamint az alak, mozgás és hasonló tulajdonságokra vonatkozó egyenletek típusának vizsgálatával állítják elő, amelyek a legjobban felelnek meg a folyadékdinamika megfigyeléseinek. Használja őket a folyadék mozgásának leírására.

C-tényező a nyírási sebességben

Egy példa a Blake-kozeny / Cannella A korreláció azt mutatta, hogy a nyírási sebességet kiszámíthatja a pórusméretű áramlási szimuláció átlagából, miközben beállíthatja a "C-tényezőt", egy olyan tényezőt, amely megmutatja, hogy a porozitás, áteresztőképesség, folyadékreológia és egyéb értékek hogyan változnak. Ez a megállapítás a C-tényezőnek a kísérleti eredmények által mutatott elfogadható mennyiségek tartományán történő beállításával történt.

Az egyenletek általános formája a nyírási sebesség kiszámításához viszonylag változatlan. A tudósok és a mérnökök a mozgásban lévő réteg sebességét osztják a rétegek közötti távolsággal, amikor nyírási sebesség egyenleteket állítanak elő.

Nyírási sebesség vs viszkozitás

Fejlettebb és árnyaltabb képletek léteznek a különböző folyadékok nyírási sebességének és viszkozitásának tesztelésére különféle, egyedi forgatókönyvek esetén. A nyírási sebesség és a viszkozitás összehasonlítása ezekben az esetekben megmutathatja, mikor az egyik hasznosabb, mint a másik. Maguk a csavarok, amelyek a fém spirálszerű szakaszok közötti helycsatornákat használnak, lehetővé teszik, hogy könnyen illeszkedjenek a tervezett mintákhoz.

A folyamata extrudálás, a termék elkészítésének módja azáltal, hogy az anyagot acélkorong-nyílásokon keresztül kényszeríti az alakra, és így fémeket, műanyagokat és még olyan ételeket is készíthet, mint például a tészta vagy a gabona. Ez alkalmazható gyógyászati ​​termékek, például szuszpenziók és speciális gyógyszerek előállításában. Az extrudálás folyamata a nyírási sebesség és a viszkozitás közötti különbséget is demonstrálja.

Az egyenlettel γ = (π x D x N) / (60 x h) csavarátmérőhöz D mm-ben, csavarsebesség N fordulat / perc (rpm) és a csatorna mélysége h mm-ben kiszámolhatja a csavarcsatorna extrudálásának nyírási sebességét. Ez az egyenlet határozottan hasonló az eredeti nyírási sebesség képlethez (γ = V / x) megosztva a mozgó réteg sebességét a két réteg közötti távolsággal. Ez megad egy fordulatszám / nyírósebesség-számolót, amely számolja a különböző folyamatok percenkénti fordulatszámát.

Nyírási sebesség csavarok készítésekor

A mérnökök a folyamat során a csavar és a hordófal közötti nyírási sebességet használják. Ezzel szemben a nyírási sebesség, amikor a csavar behatol az acéllemezre, az γ = (4 x Q) / (π x R³__) a térfogatárammal Q és lyuk sugara R, amely továbbra is hasonlít az eredeti nyírási sebesség-képlethez.

Ön kiszámítja Q a nyomásesés csatorna közötti megosztásával AP a polimer viszkozitása alapján η, hasonlóan a nyírófeszültség eredeti egyenletéhez τ. Ez a konkrét példa egy másik módszert ad a nyírási sebesség és a viszkozitás összehasonlítására, és ezen folyadékok mozgásának különbségeinek számszerűsítésére szolgáló módszerek segítségével jobban megértheti ezen jelenségek dinamikáját.

Nyírási sebesség és viszkozitás alkalmazások

A folyadékok fizikai és kémiai jelenségeinek tanulmányozása mellett a nyírási sebességnek és viszkozitásnak számos felhasználási területe van a fizikában és a műszaki területeken. Newtoni folyadékok, amelyek viszkozitása állandó, ha a hőmérséklet és a nyomás állandó, mivel ezekben a forgatókönyvekben nem fordul elő kémiai reakció a fázisváltozás során.

A folyadékok legtöbb valódi példája azonban ilyen egyszerű. Kiszámolhatja a nem Newtoni folyadékok viszkozitását, mivel azok függnek a nyírási sebességtől. A tudósok és a mérnökök általában a reométereket használják a nyírási sebesség és a kapcsolódó tényezők mérésére, valamint magának a nyírásnak a végrehajtására.

Amikor megváltoztatja a különféle folyadékok formáját és azok elrendezését a többi folyadékréteghez képest, a viszkozitás jelentősen változhat. A tudósok és a mérnökök néha utalnak a "látszólagos viszkozitásmsgstr "a változó használatával ηA mint ilyen típusú viszkozitás. A biofizikai kutatások kimutatták, hogy a vér látszólagos viszkozitása gyorsan növekszik, ha a nyírási sebesség 200 s alá csökken^-1.

Folyadékokat pumpáló, keverő és szállító rendszereknél a látszólagos viszkozitás a nyírási sebesség mellett biztosítja a mérnökök számára a gyógyszeriparban történő termékek előállítását, valamint kenőcsök és krémek előállítását.

Ezek a termékek kihasználják ezen folyadékok nem newtoni viselkedését, így csökkentik a viszkozitást, ha kenőcsöt vagy krémet dörzsölnek a bőrére. Ha abbahagyja a dörzsölést, a folyadék nyírása szintén leáll, így a termékek viszkozitása növekszik és az anyag leülepedhet.