Vsebina
- Formula hitrosti striženja
- Strižni stres
- Druge formule hitrosti striženja
- C-faktor hitrosti striženja
- Stopnja striga v primerjavi z viskoznostjo
- Stopnja striga pri izdelavi vijakov
- Uporaba strižne hitrosti in viskoznosti
Vrtenje žlice v skodelici čaja, da ga pomešate, vam lahko pokaže, kako pomembno je razumeti dinamiko tekočin v vsakdanjem življenju. Uporaba fizike za opis pretoka in obnašanja tekočin vam lahko pokaže zapletene in zapletene sile, ki gredo v tako enostavno nalogo, kot je mešanje skodelice čaja. Stopnja striženja je en primer, ki lahko razloži vedenje tekočin.
Formula hitrosti striženja
Tekočina se "striže", ko se različne plasti tekočine premikajo drug mimo drugega. Gibljiva hitrost opisuje to hitrost. Bolj tehnična opredelitev je, da je strižna hitrost gradient hitrosti toka pravokotno ali pod pravim kotom na smer toka. Obremenjuje tekočino, ki lahko prekine vezi med delci v svojem materialu, zato je opisan kot "striženje".
Ko opazujete vzporedno gibanje plošče ali plasti materiala, ki je nad drugo ploščo ali slojem, ki še vedno stoji, lahko določite hitrost striženja glede na hitrost tega sloja glede na razdaljo med obema slojema. Znanstveniki in inženirji uporabljajo formulo γ = V / x za strižno hitrost γ ("gama") v enotah s-1, hitrost premikajočega se sloja V in razdalja med plastmi m v metrih.
To vam omogoča, da izračunate hitrost striženja kot funkcijo gibanja samih slojev, če predpostavite, da se zgornja plošča ali sloj premika vzporedno z dnom. Enote hitrosti striženja so običajno s-1 za različne namene.
Strižni stres
S pritiskom tekočine, kot je losjon na kožo, se tekočina giblje vzporedno z vašo kožo in nasprotuje gibanju, ki pritiska na tekočino neposredno na kožo. Oblika tekočine glede na vašo kožo vpliva na to, kako se delci losjona med nanašanjem razgradijo.
Lahko povežete tudi hitrost striženja γ na strižni stres τ ("tau") na viskoznost, odpornost na pretok tekočin, η ("eta") skozi γ = η / τ i_n kateri _τ je enaka enota kot tlak (N / m)2 ali pascal Pa) in η v enotah _ (_ N / m2 s). The viskoznost vam daje drug način opisovanja gibanja tekočine in izračunavanja strižnega napetosti, ki je edinstven za snov same tekočine.
Ta formula hitrosti striženja omogoča znanstvenikom in inženirjem, da določijo bistvo naravnega naprezanja materialov, ki jih uporabljajo pri preučevanju biofizike mehanizmov, kot so elektronska transportna veriga in kemični mehanizmi, kot je nalivanje polimerov.
Druge formule hitrosti striženja
Zapletenejši primeri formule strižne hitrosti se nanašajo na hitrost striženja na druge lastnosti tekočin, kot so hitrost pretoka, poroznost, prepustnost in adsorpcija. To vam omogoča uporabo strižne hitrosti v zapletenih biološki mehanizmi, kot je proizvodnja biopolimerov in drugih polisaharidov.
Te enačbe nastanejo s teoretičnimi izračuni lastnosti samih fizikalnih pojavov, pa tudi s testiranjem vrst enačb za obliko, gibanje in podobne lastnosti, ki najbolje ustrezajo opazovanjem dinamike tekočin. Uporabite jih za opis gibanja tekočine.
C-faktor hitrosti striženja
En primer, Blake-Kozeny / Cannella korelacija, pokazala, da lahko izračunate hitrost striženja od povprečja simulacije pretoka pore, medtem ko prilagodite faktor C, faktor, ki pojasnjuje, kako se lastnosti poroznosti, prepustnosti, reologije tekočin in drugih vrednosti razlikujejo. Do te ugotovitve je prišlo s prilagoditvijo faktorja C v območju sprejemljivih količin, ki so jih pokazali eksperimentalni rezultati.
Splošna oblika enačb za izračun strižne hitrosti ostaja relativno enaka. Znanstveniki in inženirji uporabljajo hitrost plasti v gibanju, deljeno z razdaljo med plastmi, ko pridejo do enačb hitrosti striženja.
Stopnja striga v primerjavi z viskoznostjo
Obstajajo bolj napredne in niansirane formule za testiranje hitrosti striženja in viskoznosti različnih tekočin za različne, specifične scenarije. Primerjava strižne hitrosti in viskoznosti za te primere vam lahko pokaže, kdaj je eden uporabnejši od drugega. Sami oblikovanje vijakov, ki uporabljajo kanale prostora med kovinskimi spiralnimi odseki, se lahko enostavno prilegajo dizajnom, ki so jim bili namenjeni.
Postopek iztiskanjeNačin izdelave izdelka, tako da material skozi odprtine v jeklenih diskih izoblikuje obliko, vam omogoča izdelavo določenih modelov iz kovin, plastike in celo hrane, kot so testenine ali žita. To ima aplikacije pri ustvarjanju farmacevtskih izdelkov, kot so suspenzije in posebna zdravila. Postopek ekstrudiranja dokazuje tudi razliko med strižno hitrostjo in viskoznostjo.
Z enačbo γ = (π x D x N) / (60 x h) za premer vijaka D v mm, hitrost vijaka N v vrtljajih na minuto (vrt./min) in globini kanala h v mm, lahko izračunate hitrost striženja za iztiskanje vijačnega kanala. Ta enačba je izjemno podobna prvotni formuli hitrosti striženja (γ = V / x) pri delitvi hitrosti premikajočega se sloja na razdaljo med obema slojema. Tako dobite tudi kalkulator hitrosti striženja, ki upošteva vrtljaje različnih procesov na minuto.
Stopnja striga pri izdelavi vijakov
Inženirji med tem postopkom uporabljajo hitrost striženja med vijakom in steno cevi. V nasprotju s tem je hitrost striženja, ko vijak prodre v jekleni disk γ = (4 x Q) / (π x R3__) z volumetričnim tokom V in polmer luknje R, ki je še vedno podoben prvotni formuli hitrosti striženja.
Izračunaš V z deljenjem padca tlaka po kanalu ΔP po polimerni viskoznosti η, podobno kot originalna enačba za strižni stres τ. Ta posebni primeri vam nudijo še eno metodo primerjave hitrosti striga in viskoznosti in s temi metodami količinskega določanja razlik v gibanju tekočin lahko bolje razumete dinamiko teh pojavov.
Uporaba strižne hitrosti in viskoznosti
Razen pri samem proučevanju fizikalnih in kemijskih pojavov se hitrost striženja in viskoznosti uporabljata v različnih aplikacijah v fiziki in tehniki. Newtonske tekočine, ki imajo konstantno viskoznost, kadar sta temperatura in tlak konstantni, ker v teh scenarijih ni kemijskih reakcij sprememb faz.
Vendar večina resničnih primerov tekočin ni tako preprostih. Izračunate lahko viskoznosti ne-newtonskih tekočin, saj so odvisne od hitrosti striženja. Znanstveniki in inženirji navadno uporabljajo reometre za merjenje hitrosti striženja in z njimi povezanih dejavnikov ter za samo striženje.
Ko spreminjate obliko različnih tekočin in kako so razporejene glede na ostale plasti tekočin, se lahko viskoznost bistveno razlikuje. Včasih se znanstveniki in inženirji sklicujejo na "navidezna viskoznost"z uporabo spremenljivke ηA kot ta vrsta viskoznosti. Raziskave na področju biofizike so pokazale, da se navidezna viskoznost krvi hitro poveča, ko hitrost striženja pade pod 200 s-1.
Pri sistemih, ki črpajo, mešajo in prevažajo tekočine, navidezna viskoznost skupaj s stopnjami striženja inženirjem omogoča način izdelave izdelkov v farmacevtski industriji in proizvodnjo mazil in krem.
Ti izdelki izkoristijo ne-newtonsko obnašanje teh tekočin, tako da se viskoznost zmanjša, ko drgnite mazilo ali kremo na kožo. Ko nehate drgniti, se tudi striženje tekočine ustavi, tako da se viskoznost izdelkov poveča in material poravna.