So berechnen Sie die Schergeschwindigkeit

Inhalt

• Schergeschwindigkeitsformel
• Schubspannung
• Andere Schergeschwindigkeitsformeln
• C-Faktor in der Schergeschwindigkeit
• Schergeschwindigkeit vs. Viskosität
• Schergeschwindigkeit bei der Herstellung von Schrauben
• Schergeschwindigkeits- und Viskositätsanwendungen

Das Mischen eines Löffels mit einer Tasse Tee kann Ihnen zeigen, wie wichtig es ist, die Dynamik von Flüssigkeiten im Alltag zu verstehen. Die Verwendung der Physik zur Beschreibung des Flusses und des Verhaltens von Flüssigkeiten kann Ihnen die komplizierten und komplizierten Kräfte aufzeigen, die bei einer so einfachen Aufgabe wie dem Umrühren einer Tasse Tee auftreten. Die Schergeschwindigkeit ist ein Beispiel, das das Verhalten von Flüssigkeiten erklären kann.

Schergeschwindigkeitsformel

Eine Flüssigkeit wird "geschert", wenn sich verschiedene Schichten der Flüssigkeit aneinander vorbeibewegen. Die Schergeschwindigkeit beschreibt diese Geschwindigkeit. Eine technischere Definition ist, dass die Schergeschwindigkeit der Strömungsgeschwindigkeitsgradient senkrecht oder im rechten Winkel zur Strömungsrichtung ist. Es ist eine Belastung für die Flüssigkeit, die Bindungen zwischen Partikeln in ihrem Material aufbrechen kann, weshalb es als "Scherung" bezeichnet wird.

Wenn Sie die Parallelbewegung einer Platte oder einer Schicht eines Materials über einer anderen Platte oder noch einer Schicht beobachten, können Sie die Schergeschwindigkeit aus der Geschwindigkeit dieser Schicht in Bezug auf den Abstand zwischen den beiden Schichten bestimmen. Wissenschaftler und Ingenieure verwenden die Formel γ = V / x für die Schergeschwindigkeit γ ("gamma") in Einheiten von s^-1Geschwindigkeit der sich bewegenden Schicht V und Abstand zwischen den Schichten m in Metern.

Auf diese Weise können Sie die Schergeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Bewegung der Schichten selbst berechnen, wenn Sie davon ausgehen, dass sich die obere Platte oder Schicht parallel zur Unterseite bewegt. Die Schergeschwindigkeitseinheiten sind im Allgemeinen s^-1 für verschiedene Zwecke.

Schubspannung

Durch Drücken einer Flüssigkeit wie Lotion auf Ihre Haut werden die Flüssigkeiten parallel zu Ihrer Haut bewegt und wirken der Bewegung entgegen, bei der die Flüssigkeit direkt auf die Haut gedrückt wird. Die Form der Flüssigkeit in Bezug auf Ihre Haut beeinflusst, wie sich die Partikel der Lotion beim Auftragen auflösen.

Sie können auch die Schergeschwindigkeit in Beziehung setzen γ auf die Schubspannung τ ("Tau") zur Viskosität, einem Flüssigkeitswiderstand zum Fließen, η ("eta") durch γ = η / τ i_n welches _τ ist die gleiche Einheit wie der Druck (N / m² oder Pascal Pa) und η in Einheiten von _ (_ N / m² s). Das Viskosität gibt Ihnen eine andere Möglichkeit, die Bewegung der Flüssigkeit zu beschreiben und eine Scherspannung zu berechnen, die für die Substanz der Flüssigkeit selbst einzigartig ist.

Mit dieser Schergeschwindigkeitsformel können Wissenschaftler und Ingenieure die Eigenart der Beanspruchung der Materialien bestimmen, die sie zur Untersuchung der Biophysik von Mechanismen wie der Elektronentransportkette und von chemischen Mechanismen wie der Polymerflutung verwenden.

Andere Schergeschwindigkeitsformeln

Kompliziertere Beispiele für die Schergeschwindigkeitsformel beziehen sich auf andere Eigenschaften von Flüssigkeiten wie Fließgeschwindigkeit, Porosität, Permeabilität und Adsorption. Dadurch können Sie die Schergeschwindigkeit in komplizierten verwenden biologische MechanismenB. die Herstellung von Biopolymeren und anderen Polysacchariden.

Diese Gleichungen werden durch theoretische Berechnungen der Eigenschaften der physikalischen Phänomene selbst sowie durch Testen, welche Arten von Gleichungen für Form, Bewegung und ähnliche Eigenschaften am besten zu den Beobachtungen der Fluiddynamik passen, erzeugt. Verwenden Sie sie, um flüssige Bewegungen zu beschreiben.

C-Faktor in der Schergeschwindigkeit

Ein Beispiel ist die Blake-Kozeny / Cannella Die Korrelation hat gezeigt, dass Sie die Schergeschwindigkeit aus dem Durchschnitt einer Poren-Strömungssimulation berechnen können, während Sie den "C-Faktor" anpassen. Dieser Faktor berücksichtigt, wie die Fluideigenschaften von Porosität, Permeabilität, Fluidrheologie und anderen Werten variieren. Dieser Befund wurde durch Einstellen des C-Faktors innerhalb eines Bereichs akzeptabler Mengen erzielt, die experimentelle Ergebnisse gezeigt hatten.

Die allgemeine Form der Gleichungen zur Berechnung der Schergeschwindigkeit bleibt relativ gleich. Wissenschaftler und Ingenieure verwenden die Geschwindigkeit der sich bewegenden Schicht geteilt durch den Abstand zwischen den Schichten, um Gleichungen der Schergeschwindigkeit zu erhalten.

Schergeschwindigkeit vs. Viskosität

Es gibt weiterentwickelte und differenzierte Formeln zum Testen der Schergeschwindigkeit und Viskosität verschiedener Flüssigkeiten für verschiedene, spezifische Szenarien. Der Vergleich der Schergeschwindigkeit mit der Viskosität in diesen Fällen kann zeigen, wann einer nützlicher ist als der andere. Durch das Entwerfen von Schrauben selbst, bei denen Kanäle zwischen spiralförmigen Metallabschnitten verwendet werden, können diese problemlos in die gewünschten Designs eingefügt werden.

Der Prozess von Extrusion, eine Methode zur Herstellung eines Produkts, bei der ein Material durch Öffnungen in Stahlscheiben gepresst wird, um eine Form zu erhalten, mit der Sie bestimmte Designs aus Metallen, Kunststoffen und sogar Lebensmitteln wie Nudeln oder Getreide herstellen können. Dies hat Anwendungen bei der Herstellung von pharmazeutischen Produkten wie Suspensionen und bestimmten Arzneimitteln. Das Extrusionsverfahren zeigt auch den Unterschied zwischen Schergeschwindigkeit und Viskosität.

Mit der Gleichung γ = (π x T x N) / (60 x h) für Schraubendurchmesser D in mm, Schneckendrehzahl N in Umdrehungen pro Minute (U / min) und Kanaltiefe h In mm können Sie die Schergeschwindigkeit für die Extrusion eines Schneckenkanals berechnen. Diese Gleichung ähnelt stark der ursprünglichen Schergeschwindigkeitsformel (γ = V / x) beim Teilen der Geschwindigkeit der sich bewegenden Schicht durch den Abstand zwischen den beiden Schichten. Dies gibt Ihnen auch einen Drehzahlrechner für die Schergeschwindigkeit, der die Umdrehungen pro Minute verschiedener Prozesse berücksichtigt.

Schergeschwindigkeit bei der Herstellung von Schrauben

Ingenieure verwenden während dieses Vorgangs die Schergeschwindigkeit zwischen der Schnecke und der Zylinderwand. Im Gegensatz dazu beträgt die Schergeschwindigkeit, wenn die Schraube die Stahlscheibe durchdringt γ = (4 x Q) / (π x R³__) mit dem Volumenstrom Q. und Lochradius R, die noch Ähnlichkeit mit der ursprünglichen Schergeschwindigkeitsformel aufweist.

Sie berechnen Q. durch Verteilen des Druckabfalls über den Kanal ΔP durch die Polymerviskosität η, ähnlich der ursprünglichen Gleichung für die Schubspannung τ. Anhand dieses spezifischen Beispiels können Sie die Schergeschwindigkeit mit der Viskosität vergleichen. Durch diese Methoden zur Quantifizierung der Unterschiede in der Bewegung von Flüssigkeiten können Sie die Dynamik dieser Phänomene besser verstehen.

Schergeschwindigkeits- und Viskositätsanwendungen

Neben der Untersuchung der physikalischen und chemischen Phänomene von Flüssigkeiten selbst haben Schergeschwindigkeit und Viskosität in einer Vielzahl von Anwendungen in Physik und Technik Verwendung gefunden. Newtonsche Flüssigkeiten mit konstanter Viskosität bei konstanter Temperatur und konstantem Druck, da in diesen Szenarien keine chemischen Reaktionen auf Phasenänderungen auftreten.

Die meisten realen Beispiele für Flüssigkeiten sind jedoch nicht so einfach. Sie können Viskositäten von Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten berechnen, da diese von der Schergeschwindigkeit abhängen. Wissenschaftler und Ingenieure verwenden in der Regel Rheometer, um die Schergeschwindigkeit und verwandte Faktoren zu messen und die Scherung selbst durchzuführen.

Wenn Sie die Form der verschiedenen Flüssigkeiten und ihre Anordnung in Bezug auf die anderen Flüssigkeitsschichten ändern, kann die Viskosität erheblich variieren. Manchmal beziehen sich Wissenschaftler und Ingenieure auf diescheinbare Viskosität"mit der Variablen ηA als diese Art von Viskosität. Untersuchungen in der Biophysik haben gezeigt, dass die scheinbare Viskosität von Blut schnell ansteigt, wenn die Schergeschwindigkeit unter 200 s fällt^-1.

Für Systeme, die Flüssigkeiten pumpen, mischen und transportieren, gibt die scheinbare Viskosität neben den Schergeschwindigkeiten den Ingenieuren eine Möglichkeit, Produkte in der pharmazeutischen Industrie herzustellen und Salben und Cremes herzustellen.

Diese Produkte nutzen das nicht-Newtonsche Verhalten dieser Flüssigkeiten, sodass die Viskosität abnimmt, wenn Sie Ihre Haut mit Salbe oder Creme einreiben. Wenn Sie aufhören zu reiben, hört auch das Scheren der Flüssigkeit auf, so dass die Viskosität des Produkts zunimmt und sich das Material absetzt.