Kuidas arvutada nihkekiirust

Sisu

• Nihkekiiruse valem
• Nihkepinge
• Muud nihkekiiruse valemid
• C-tegur nihkekiiruses
• Nihkekiirus vs viskoossus
• Kruvide tegemisel nihke määr
• Nihkekiiruse ja viskoossuse rakendused

Lusika keetmine tassi teesse segamiseks võib näidata, kui asjakohane on mõista vedelike dünaamikat igapäevaelus. Füüsika kasutamine vedelike voolavuse ja käitumise kirjeldamiseks võib näidata keerulisi ja keerulisi jõude, mis lähevad nii lihtsasse ülesandesse nagu tassi tee segamine. Nihkekiirus on üks näide, mis selgitab vedelike käitumist.

Nihkekiiruse valem

Vedelik on nihutatud, kui erinevad vedeliku kihid liiguvad üksteise kohal. Nihkekiirus kirjeldab seda kiirust. Tehnilisem määratlus on see, et nihkekiirus on voolu kiiruse gradient voolu suuna suhtes risti või täisnurga all. See põhjustab vedelikule koormust, mis võib purustada sidemeid selle materjali osakeste vahel, mistõttu seda nimetatakse "nihkeks".

Kui jälgite plaadi või materjalikihi paralleelset liikumist, mis on teise plaadi kohal või kiht on veel paigal, saate nihkekiiruse kindlaks määrata selle kihi kiirusest kahe kihi vahelise kauguse suhtes. Teadlased ja insenerid kasutavad valemit y = V / x nihkekiiruse jaoks γ ("gamma") s ühikutes^-1, liikuva kihi kiirus V ja kihtide vaheline kaugus m meetrites.

See võimaldab teil arvutada nihkekiiruse kihtide enda liikumisest sõltuvalt, kui eeldate, et ülemine plaat või kiht liigub põhjaga paralleelselt. Nihkekiiruse ühikud on tavaliselt s^-1 erinevatel eesmärkidel.

Nihkepinge

Vedeliku, näiteks kreemi surumine nahale viib vedelikud nahaga paralleelselt liikuma ja on vastu liikumisele, mis surub vedeliku otse nahale. Vedeliku kuju teie naha suhtes mõjutab seda, kuidas kreemi osakesed lagunevad.

Samuti saate seostada nihke määra γ nihkepingele τ ("tau") viskoossusele, vedelike voolavuskindlusele, η ("eta") kaudu γ = η / τ i_n mis _τ on samad ühikud kui rõhk (N / m² või pascals Pa) ja η ühikutes _ (_ N / m² s). viskoossus annab teile veel ühe viisi vedeliku liikumise kirjeldamiseks ja nihkepinge arvutamiseks, mis on ainulaadne vedeliku enda jaoks.

See nihkekiiruse valem võimaldab teadlastel ja inseneridel kindlaks teha materjalidele avalduva suure stressi olemuse, mida nad kasutavad selliste mehhanismide nagu elektronide transpordiahel ja keemiliste mehhanismide, näiteks polümeeride üleujutuse biofüüsika uurimisel.

Muud nihkekiiruse valemid

Nihkekiiruse valemi keerukamad näited seovad nihkekiirust vedelike muude omadustega, nagu voolukiirus, poorsus, läbilaskvus ja adsorptsioon. See võimaldab keerukuse korral kasutada nihkekiirust bioloogilised mehhanismid, näiteks biopolümeeride ja muude polüsahhariidide tootmine.

Need võrrandid saadakse füüsikaliste nähtuste omaduste teoreetiliste arvutuste abil, samuti katsetades, millist tüüpi kuju, liikumise ja sarnaste omaduste võrrandid vastavad kõige paremini vedeliku dünaamika vaatlustele. Kasutage neid vedeliku liikumise kirjeldamiseks.

C-tegur nihkekiiruses

Üks näide Blake-Kozeny / Cannella korrelatsioon, näitas, et nihkekiiruse saab arvutada poorimõõtme voolu simulatsiooni keskmisest, korrigeerides samal ajal "C-tegurit" - tegurit, mis näitab, kuidas vedelike omadused poorsus, läbilaskvus, vedeliku reoloogia ja muud väärtused varieeruvad. See leid saadi C-faktori kohandamisega vastuvõetavate koguste piires, mida katsetulemused olid näidanud.

Nihkekiiruse arvutamiseks kasutatavate võrrandite üldine vorm jääb suhteliselt samaks. Teadlased ja insenerid kasutavad nihkekiiruse võrrandite saamiseks liikumisel oleva kihi kiirust, mis jagatakse kihtide vahelise kaugusega.

Nihkekiirus vs viskoossus

Erinevate vedelike nihkekiiruse ja viskoossuse testimiseks erinevate konkreetsete stsenaariumide jaoks on olemas keerukamad ja nüansirikkamad valemid. Nihkekiiruse ja viskoossuse võrdlemine nendel juhtudel võib näidata, millal üks on kasulikum kui teine. Projekteerimiskruvid ise, mis kasutavad ruumikanaleid metalliliste spiraalitaoliste sektsioonide vahel, võimaldavad neil hõlpsalt sobituda kujundusega, milleks nad olid mõeldud.

Protsess väljapressimist, toote valmistamise meetod, sundides materjali kuju saamiseks terasketaste avade kaudu, võib teil teha metallide, plastide ja isegi selliste toitude nagu pasta või teravilja erikujunduse. Sellel on rakendusi selliste farmaatsiatoodete loomisel nagu suspensioonid ja konkreetsed ravimid. Ekstrusiooniprotsess näitab ka erinevust nihkekiiruse ja viskoossuse vahel.

Võrrandiga γ = (π x D x N) / (60 x h) kruvi läbimõõdu jaoks D mm, kruvi kiirus N pööretes minutis (p / min) ja kanali sügavus h millimeetrites saate arvutada kruvikanali ekstrusiooni nihkekiiruse. See võrrand sarnaneb järsult algse nihkekiiruse valemiga (γ = V / x) liikuva kihi kiiruse jagamisel kahe kihi vahelise kaugusega. See annab teile ka nihkekiiruse kalkulaatori pöörete arvu minutis, mis arvestab erinevate protsesside pöördeid minutis.

Kruvide tegemisel nihke määr

Insenerid kasutavad selle protsessi ajal kruvi ja tünni seina vahelist nihkekiirust. Seevastu on nihkekiirus, kui kruvi tungib teraskettale γ = (4 x Q) / (π x R³__) ruumalavooluga Q ja augu raadius R, mis sarnaneb endiselt algse nihkekiiruse valemiga.

Sa arvutad Q jagades rõhulanguse üle kanali ΔP polümeeri viskoossuse järgi η, mis sarnaneb nihkepinge algse võrrandiga τ. Need konkreetsed näited pakuvad teile teist meetodit nihkekiiruse ja viskoossuse võrdlemiseks ning nende vedelike liikumise erinevuste kvantifitseerimise meetodite abil saate paremini mõista nende nähtuste dünaamikat.

Nihkekiiruse ja viskoossuse rakendused

Lisaks vedelike füüsikaliste ja keemiliste nähtuste uurimisele on nihkekiirust ja viskoossust kasutatav erinevates rakendustes kogu füüsikas ja tehnikas. Newtoni vedelikud, millel on püsiv viskoossus, kui temperatuur ja rõhk on püsivad, kuna nendes stsenaariumides ei toimu faasi muutuste keemilisi reaktsioone.

Enamik reaalmaailma vedelike näiteid pole siiski nii lihtsad. Saate arvutada mitte-Newtoni vedelike viskoossused, kuna need sõltuvad nihkekiirusest. Teadlased ja insenerid kasutavad nihkekiiruse ja sellega seotud tegurite mõõtmiseks ning ka ise lõikamiseks tavaliselt reomeetreid.

Erinevate vedelike kuju ja nende teiste vedelikukihtide suhtes paigutuse muutmisel võib viskoossus märkimisväärselt erineda. Mõnikord viitavad teadlased ja insenerid "näiv viskoossus"kasutades muutujat ηA kui seda tüüpi viskoossust. Biofüüsika uuringud on näidanud, et vere näiline viskoossus suureneb kiiresti, kui nihkekiirus langeb alla 200 s^-1.

Vedelikke pumpavate, segavate ja transporditavate süsteemide korral annab näiv viskoossus koos nihkekiirusega inseneridele võimaluse farmaatsiatööstuses toodete tootmiseks ning salvide ja kreemide tootmiseks.

Need tooted kasutavad ära nende vedelike mitte-Newtoni käitumist, nii et salvi või kreemi nahale hõõrumisel viskoossus väheneb. Kui lõpetate hõõrumise, peatub ka vedeliku nihestus, nii et toodete viskoossus suureneb ja materjal settib.