Kuinka laskea leikkausnopeus

Sisältö

• Leikkausnopeuden kaava
• Leikkausstressi
• Muut leikkausnopeuden kaavat
• C-kerroin leikkausnopeudessa
• Leikkausnopeus vs. viskositeetti
• Leikkausnopeus ruuveja valmistettaessa
• Leikkausnopeuden ja viskositeetin sovellukset

Lusikan pyörittäminen kupilliseen teetä sekoittamiseksi voi näyttää sinulle, kuinka tarkoituksenmukaista on ymmärtää nesteiden dynamiikkaa arjessa. Fysiikan käyttäminen nesteiden virtauksen ja käyttäytymisen kuvaamiseen voi näyttää monimutkaisia ​​ja monimutkaisia ​​voimia, jotka menevät niin yksinkertaiseen tehtävään kuin kupillisen teetä sekoittaminen. Leikkausnopeus on yksi esimerkki, joka voi selittää nesteiden käyttäytymisen.

Leikkausnopeuden kaava

Neste "leikkautuu", kun nesteen eri kerrokset liikkuvat toistensa ohitse. Leikkausnopeus kuvaa tätä nopeutta. Teknisempi määritelmä on, että leikkausnopeus on virtausnopeuden gradientti kohtisuorassa tai suorassa kulmassa virtaussuuntaan nähden. Se aiheuttaa rasitusta nesteelle, joka voi katkaista sidokset materiaalinsa hiukkasten välillä, minkä vuoksi sitä kuvataan "leikkauksena".

Kun tarkkailet levyn tai materiaalikerroksen yhdensuuntaista liikettä, joka on vielä toisen levyn tai kerroksen yläpuolella, voit määrittää leikkausnopeuden tämän kerroksen nopeudesta suhteessa kahden kerroksen väliseen etäisyyteen. Tutkijat ja insinöörit käyttävät kaavaa y = V / x leikkausnopeudelle γ ("gamma") yksikköinä s^-1, liikkuvan kerroksen nopeus V ja kerrosten välinen etäisyys m metreinä.

Tämän avulla voit laskea leikkausnopeuden itse kerrosten liikkeen funktiona, jos oletetaan, että ylälevy tai kerros liikkuu samansuuntaisesti pohjan kanssa. Leikkausnopeusyksiköt ovat yleensä s^-1 eri tarkoituksiin.

Leikkausstressi

Nesteen, kuten voiteen, painaminen iholle saa nesteet liikkumaan ihon suuntaisesti ja vastustaa liikettä, joka puristaa nesteen suoraan iholle. Nesteen muoto ihoosi vaikuttaa siihen, kuinka voiteen hiukkaset hajoavat, kun niitä levitetään.

Voit myös liittää leikkausnopeuden γ leikkausjännitykseen τ ("tau") viskositeettiin, nesteiden virtauskestävyyteen, η ("eta") kautta γ = η / τ i_n mikä _τ on sama yksikkö kuin paine (N / m² tai pascals Pa) ja η yksikköinä _ (_ N / m² s). viskositeetti antaa sinulle toisen tavan kuvata nesteen liikettä ja laskea leikkausjännitys, joka on ainutlaatuinen itse nesteen aineelle.

Tämän leikkausnopeuskaavan avulla tutkijat ja insinöörit voivat määrittää materiaalien leikkausjännityksen luonteen, jota he käyttävät tutkiessaan mekanismien, kuten elektronien kuljetusketjun, ja kemiallisten mekanismien, kuten polymeerien tulvan, biofysiikkaa.

Muut leikkausnopeuden kaavat

Monimutkaisempia esimerkkejä leikkausnopeuskaavasta liittyy leikkausnopeuteen nesteiden muihin ominaisuuksiin, kuten virtausnopeuteen, huokoisuuteen, läpäisevyyteen ja adsorptioon. Tämän avulla voit käyttää leikkausnopeutta monimutkaisessa biologiset mekanismit, kuten biopolymeerien ja muiden polysakkaridien tuottaminen.

Nämä yhtälöt tuotetaan teoreettisilla laskelmilla itse fysikaalisten ilmiöiden ominaisuuksista, samoin kuin testaamalla, minkä tyyppiset yhtälöt muodolle, liikkeelle ja vastaaville ominaisuuksille vastaavat parhaiten fluidin dynamiikan havaintoja. Käytä niitä kuvaamaan nesteen liikettä.

C-kerroin leikkausnopeudessa

Yksi esimerkki Blake-Kozeny / Cannella korrelaatio, osoitti, että voit laskea leikkausnopeuden huokosasteikon virtaussimulaation keskiarvosta säätäessäsi samalla "C-kerrointa", tekijää, joka laskee kuinka nesteiden huokoisuus, läpäisevyys, nestereologia ja muut arvot vaihtelevat. Tämä havainto syntyi säätämällä C-tekijä hyväksyttävien määrien alueella, jotka kokeelliset tulokset olivat osoittaneet.

Yhtälöiden yleinen muoto leikkausnopeuden laskemiseksi pysyy suhteellisen samana. Tutkijat ja insinöörit käyttävät liikkuvan kerroksen nopeutta jaettuna kerrosten välisellä etäisyydellä, kun ne esittävät leikkausnopeuden yhtälöitä.

Leikkausnopeus vs. viskositeetti

Erilaisten nesteiden leikkausnopeuden ja viskositeetin testaamiseksi erilaisissa erityisissä tilanteissa on olemassa edistyneempiä ja vivahteikkaampia kaavoja. Leikkausnopeuden ja viskositeetin vertaaminen näissä tapauksissa voi näyttää, milloin yksi on hyödyllisempi kuin toinen. Itse suunnittelevat ruuvit, jotka käyttävät tilakanavia metallisten spiraalimaisten osien välillä, voivat antaa niiden sovittua helposti malleihin, joihin ne on tarkoitettu.

Prosessi puristamiseen, menetelmä, jolla tuote valmistetaan pakottamalla materiaali teräslevyjen aukkojen läpi muodon muodostamiseksi, voi antaa sinun tehdä erityisiä malleja metalleista, muoveista ja jopa sellaisista ruokia kuten pasta tai vilja. Tällä on sovelluksia farmaseuttisten tuotteiden, kuten suspensioiden ja tiettyjen lääkkeiden, luomiseen. Ekstruusioprosessi osoittaa myös eron leikkausnopeuden ja viskositeetin välillä.

Yhtälöllä γ = (π x D x N) / (60 x h) ruuvin halkaisijalle D millimetreinä, ruuvin nopeus N kierroksina minuutissa (rpm) ja kanavan syvyys h millimetreinä, voit laskea leikkausnopeuden ruuvikanavan puristamiseksi. Tämä yhtälö on selvästi samanlainen kuin alkuperäinen leikkausnopeuskaava (γ = V / x) jakamalla liikkuvan kerroksen nopeus kahden kerroksen välisellä etäisyydellä. Tämä antaa sinulle myös kierrosluvun leikkausnopeuden laskimeen, joka vastaa eri prosessien kierroksia minuutissa.

Leikkausnopeus ruuveja valmistettaessa

Insinöörit käyttävät ruuvin ja tynnyrin seinämän välistä leikkausnopeutta tämän prosessin aikana. Sitä vastoin leikkausnopeus, kun ruuvi tunkeutuu teräslevyyn, on γ = (4 x Q) / (π x R³__) tilavuusvirtauksen kanssa Q ja reiän säde R, joka edelleen muistuttaa alkuperäistä leikkausnopeuskaavaa.

Lasket Q jakamalla painehäviö kanavan yli AP polymeerin viskositeetilla η, samanlainen kuin alkuperäinen leikkausjännityksen yhtälö τ. Nämä erityiset esimerkit antavat sinulle toisen menetelmän leikkausnopeuden ja viskositeetin vertaamiseksi, ja näiden menetelmien avulla, joilla määritetään nesteiden liikkumisen erot, voidaan ymmärtää paremmin näiden ilmiöiden dynamiikkaa.

Leikkausnopeuden ja viskositeetin sovellukset

Paitsi nesteiden fysikaalisten ja kemiallisten ilmiöiden tutkimisen, leikkausnopeudella ja viskositeetilla on käyttötapoja useissa sovelluksissa fysiikassa ja tekniikassa. Newtonin nesteet, joilla on vakioviskositeetti lämpötilan ja paineen ollessa vakio, koska näissä tilanteissa ei tapahdu kemiallisia reaktioita vaihemuutoksista.

Useimmat reaalimaailman esimerkit nesteistä eivät kuitenkaan ole niin yksinkertaisia. Voit laskea muiden kuin Newtonin nesteiden viskositeetit, koska ne riippuvat leikkausnopeudesta. Tutkijat ja insinöörit käyttävät tyypillisesti reometrejä leikkausnopeuden ja siihen liittyvien tekijöiden mittaamiseen sekä itse leikkauksen suorittamiseen.

Kun muutat eri nesteiden muotoa ja miten ne on järjestetty suhteessa muihin nestekerroksiin, viskositeetti voi vaihdella merkittävästi. Joskus tutkijat ja insinöörit viittaavat "näennäinen viskositeetti"käyttämällä muuttujaa ηA kuten tämän tyyppinen viskositeetti. Biofysiikan tutkimukset ovat osoittaneet, että veren näennäinen viskositeetti kasvaa nopeasti, kun leikkausnopeus laskee alle 200 s^-1.

Nesteitä pumppaavien, sekoittavien ja kuljettavien järjestelmien näennäinen viskositeetti leikkausnopeuksien rinnalla antaa insinöörille tavan valmistaa tuotteita lääketeollisuudessa sekä voiteiden ja voiteiden tuotantoon.

Nämä tuotteet hyödyntävät näiden nesteiden ei-newtonilaista käyttäytymistä niin, että viskositeetti vähenee, kun hierot voiteita tai voidetta ihollesi. Kun lopetat hankauksen, myös nesteen leikkaus pysähtyy niin, että tuotteiden viskositeetti kasvaa ja materiaali asettuu.