Како израчунати стопу смицања

Садржај

• Формула брзине смицања
• Јак стрес
• Остале формуле брзине смицања
• Ц-фактор брзине смицања
• Брзина смицања у односу на вискозност
• Степен смицања приликом прављења вијака
• Примене брзине смицања и вискозности

Спиновање кашике у шољицу чаја да бисте је помешали може вам показати колико је примерено разумевање динамике течности у свакодневном животу. Употреба физике за описивање протока и понашања течности може вам показати замршене и компликоване силе које иду у тако једноставан задатак као што је мешање шољице чаја. Стопа смицања је један пример који може да објасни понашање течности.

Формула брзине смицања

Течност се „стриже“ када се различити слојеви течности крећу један поред другог. Брзина смицања описује ову брзину. Техничка дефиниција је да је брзина смицања градијент брзине протока окомит, или под правим углом, у смеру тока. Оно ствара притисак на течност која може разбити везе између честица у свом материјалу, због чега је описана као "смицање".

Када посматрате паралелно кретање плоче или слоја неког материјала који је изнад друге плоче или слоја који је још увек, можете одредити брзину смицања из брзине овог слоја у односу на удаљеност између два слоја. Научници и инжињери користе формулу γ = В / к за брзину смицања γ („гама“) у јединицама с^-1, брзина покретног слоја В и растојање између слојева м у метрима.

Ово вам омогућава да израчунате брзину смицања као функцију кретања самих слојева ако претпоставите да се горња плоча или слој помера паралелно с дном. Јединице брзине смицања су обично с^-1 за различите сврхе.

Јак стрес

Притиском течности као што је лосион на вашу кожу, течност се креће паралелно са вашом кожом 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 након наношења.

Такође можете повезати брзину смицања γ на стрес смицања τ ("тау") на вискозност, отпорност на течност, η ("ета") до γ = η / τ и_н који _τ су исте јединице као и притисак (Н / м)² или паскалс Па) и η у јединицама _ (_ Н / м)² с). Тхе вискозитет даје вам још један начин описивања кретања течности и израчунавања напона смицања својственог за супстанцу течности.

Ова формула брзине смицања омогућава научницима и инжењерима да одреде унутрашњу природу чистог напрезања за материјале које користе у проучавању биофизике механизама као што су ланац транспорта електрона и хемијских механизама као што је полимер полимера.

Остале формуле брзине смицања

Сложенији примери формуле брзине смицања односе се на брзину смицања до других својстава течности као што су брзина протока, порозност, пропусност и адсорпција. Ово вам омогућује употребу стрижне брзине у сложеном стању биолошки механизми, као што је производња биополимера и других полисахарида.

Ове једнаџбе настају теоријским прорачунима својстава самих физичких појава, као и тестирањем врста једнаџби за облик, кретање и слична својства која најбоље одговарају посматрању динамике флуида. Помоћу њих можете описати кретање течности.

Ц-фактор брзине смицања

Један пример, Блаке-Козени / Цаннелла корелација, показала је да можете израчунати брзину смицања од просека симулације протока на скали поре док прилагођавате "Ц-фактор", фактор који објашњава како варирају својства течности порозности, пропустљивости, реологија течности и друге вредности. До овог открића дошло је прилагођавањем Ц-фактора у распону прихватљивих количина које су показали експериментални резултати.

Општи облик једнаџби за израчунавање брзине смицања остаје релативно исти. Научници и инжењери користе брзину слоја у покрету подељену на растојање између слојева када износе једначине брзине смицања.

Брзина смицања у односу на вискозност

Постоје напредније и нијансираније формуле за тестирање брзине смицања и вискозности различитих течности за различите, специфичне сценарије. Поређење брзине смицања и вискозности за ове случајеве може вам показати када је један кориснији од другог. Сами дизајнирани шрафови који користе канале размака између металних спиралних секција могу их лако уклопити у дизајне за које су намењени.

Процес екструзија, Начин израде производа присиљавањем материјала кроз отворе на челичним дисковима да формирају облик, може вам омогућити израду специфичних дизајна од метала, пластике, па чак и хране попут тестенине или житарица. Ово има апликације у стварању фармацеутских производа попут суспензија и специфичних лекова. Процес екструзије такође показује разлику између брзине смицања и вискозности.

Једнаџбом γ = (π к Д к Н) / (60 к х) за пречник вијка Д у мм, брзина вијка Н у обртајима у минути (рпм) и дубини канала х у мм, можете израчунати брзину смицања за истискивање вијака. Ова једначина је изузетно слична оригиналној формули брзине смицања (γ = В / к) у подели брзине покретног слоја на растојање између два слоја. Ово вам такође даје калкулатор брзине смицања, који има обртаје у минуту различитих процеса.

Степен смицања приликом прављења вијака

Инжењери током овог поступка користе брзину смицања између вијка и зида цијеви. Супротно томе, брзина смицања док вијак продире у челични диск је γ = (4 к К) / (π к Р³__) са волуметријским протоком К и радијус рупе Р, који још увек личи на оригиналну формулу брзине смицања.

Ви калкулирате К дељењем пада притиска преко канала ΔП вискозитетом полимера η, слично оригиналној једначини за напон смицања τ. Ови конкретни примери дају вам другу методу поређења брзине смицања са вискозношћу и, помоћу ових метода квантификације разлика у кретању течности, можете боље разумети динамику ових појава.

Примене брзине смицања и вискозности

Поред проучавања самих физичких и хемијских појава, брзина смицања и вискозност користе се у разним применама у физици и инжењерству. Њутонске течности које имају константан вискозитет када су температура и притисак константни јер у тим сценаријима не постоје хемијске реакције промене фаза.

Већина примјера течности у стварном свијету ипак није тако једноставна. Можете да израчунате вискозности не-њутонских течности пошто зависе од брзине смицања. Научници и инжињери обично користе реометре за мерење брзине смицања и повезаних фактора као и за обављање самог стрижења.

Како мењате облик различитих течности и како су распоређени у односу на остале слојеве течности, вискозитет може значајно да варира. Понекад се научници и инжињери односе на „привидна вискозност"користећи променљиву ηА као ову врсту вискозности. Истраживања из биофизике показала су да се привидни вискозитет крви брзо повећава када брзина смицања падне испод 200 с^-1.

За системе који пумпају, мешају и транспортују течности, привидни вискозитет поред нивоа смицања омогућава инжењерима начин производње производа у фармацеутској индустрији и производње масти и крема.

Ови производи користе предност не-њутонског понашања ових течности, тако да се вискозитет смањује када трљате масти или крему на кожу. Када престанете да трљате, смицање течности такође престаје тако да се вискозитет производа повећава и материјал се слегне.