כיצד לחשב קצב גזירה

תוֹכֶן

• נוסחת קצב גזירה
• לחץ גזירה
• נוסחאות אחרות של שיעורי גזירה
• גורם C בשיעור הגזירה
• קצב גזירה לעומת צמיגות
• קצב גזירה בעת ביצוע ברגים
• יישומי קצב גזירה וצמיגות

ספיגת כפית בכוס תה כדי לערבב אותה יכולה להראות לך עד כמה רלוונטי להבין את הדינמיקה של הנוזלים בחיי היומיום. שימוש בפיזיקה לתיאור זרימתם והתנהגותם של נוזלים יכול להראות לכם את הכוחות המורכבים והמורכבים שנכנסים למשימה כה פשוטה כמו ערבוב כוס תה. קצב הגזירה הוא דוגמה אחת שיכולה להסביר את התנהגות הנוזלים.

נוסחת קצב גזירה

נוזל "מוגז" כששכבות שונות של הנוזל עוברות זו לצד זו. קצב גזירה מתאר מהירות זו. הגדרה טכנית יותר היא שקצב הגזירה הוא מדרגת מהירות הזרימה בניצב, או בזווית ישרה, לכיוון הזרימה. זה מהווה מאמץ על הנוזל שעלול לשבור קשרים בין חלקיקים בחומרו, וזו הסיבה שהוא מתואר כ"גזירה ".

כשאתה צופה בתנועה המקבילה של צלחת או שכבה של חומר שנמצא מעל צלחת או שכבה אחרת שעדיין, אתה יכול לקבוע את קצב הגזירה ממהירות השכבה הזו ביחס למרחק בין שתי השכבות. מדענים ומהנדסים משתמשים בנוסחה γ = V / x לקצב גזירה γ ("גמא") ביחידות של s^-1, מהירות השכבה הנעה V והמרחק בין השכבות M במטרים.

זה מאפשר לך לחשב את קצב הגזירה כפונקציה של תנועת השכבות עצמה אם אתה מניח שהצלחת או השכבה העליונה נעות במקביל לתחתית. יחידות קצב הגזירה הן בדרך כלל s^-1 למטרות שונות.

לחץ גזירה

לחיצה על נוזל כמו קרם על עורכם גורמת לנוזלים לנוע במקביל לעורכם ומתנגדת לתנועה אשר לוחצת את הנוזל ישירות לעור. צורת הנוזל ביחס לעורכם משפיעה על האופן בו חלקיקי הקרם מתפרקים בזמן היישום.

אתה יכול גם לקשר קצב גזירה γ ללחץ הגזירה τ ("טאו") לצמיגות, עמידות בפני נוזלים, η ("אתא") דרך γ = η / τ i_n איזה _τ הוא אותן יחידות כמו לחץ (N / m² או פסקלים Pa) ו- η ביחידות של _ (_ N / m² ים). ה צמיגות נותן לך דרך נוספת לתאר את תנועת הנוזל ולחישוב לחץ גזירה שהוא ייחודי לחומר הנוזל עצמו.

נוסחת קצב גזירה זו מאפשרת למדענים ומהנדסים לקבוע את טבעם המהותי של לחץ עצום על החומרים בהם הם משתמשים בלימוד הביופיזיקה של מנגנונים כמו שרשרת תחבורה אלקטרונית ומנגנונים כימיים כמו הצפת פולימרים.

נוסחאות אחרות של שיעורי גזירה

דוגמאות מורכבות יותר לנוסחת קצב הגזירה מתייחסות לקצב הגזירה לתכונות אחרות של נוזלים כמו מהירות זרימה, נקבוביות, חדירות וספיחה. זה מאפשר לך להשתמש בקצב גזירה במורכב מנגנונים ביולוגייםכמו ייצור ביו-פולימרים ופוליסכרידים אחרים.

משוואות אלה מופקות באמצעות חישובים תיאורטיים של תכונות התופעות הפיזיקליות עצמן, וכן באמצעות בדיקה אילו סוגי משוואות עבור צורה, תנועה ותכונות דומות המתאימות ביותר לתצפיות על דינמיקת הנוזלים. השתמש בהם כדי לתאר תנועת נוזלים.

גורם C בשיעור הגזירה

דוגמא אחת, ה- בלייק-קוזני / קנלה מתאם, הראה שאפשר לחשב את קצב הגזירה מהממוצע של סימולציה של זרימת נקבוביות תוך התאמת "גורם ה- C", גורם שמסביר כיצד משתנים תכונות הנוזלים של נקבוביות, חדירות, ראולוגיה של נוזלים וערכים אחרים. ממצא זה התרחש באמצעות התאמת גורם ה- C בטווח של כמויות מקובלות שהתוצאות הניסוי הראו.

הצורה הכללית של המשוואות לחישוב קצב הגזירה נותרה זהה יחסית. מדענים ומהנדסים משתמשים במהירות של השכבה בתנועה מחולקת על ידי המרחק בין השכבות כאשר הם מגיעים עם משוואות של קצב גזירה.

קצב גזירה לעומת צמיגות

נוסחאות מתקדמות וניואנות יותר קיימות לבדיקת קצב הגזירה והצמיגות של נוזלים שונים בתרחישים ספציפיים שונים. השוואת קצב גזירה לעומת צמיגות במקרים אלה יכולה להראות לך כאשר האחד הוא שימושי יותר מהאחר. תכנון ברגים בעצמם המשתמשים בתעלות שטח בין קטעים מתכתיים דמוי-ספירלה יכול לאפשר להם להשתלב בקלות בעיצובים שהם נועדו להם.

התהליך של שחולשיטה לייצור מוצר על ידי אילוץ חומר דרך פתחים בדיסקי פלדה ליצירת צורה, יכולה לאפשר לך ליצור עיצובים ספציפיים של מתכות, פלסטיק ואפילו מאכלים כמו פסטה או דגני בוקר. יש לזה יישומים ביצירת מוצרים תרופתיים כמו השעיות ותרופות ספציפיות. תהליך ההשחמה מדגים גם את ההבדל בין קצב הגזירה לצמיגות.

עם המשוואה γ = (π x D x N) / (60 x h) לקוטר בורג ד במ"מ, מהירות בורג נ במהפכות לדקה (סל"ד) ובעומק הערוץ ח במ"מ, אתה יכול לחשב את קצב הגזירה עבור שחול של תעלת בורג. משוואה זו דומה לחלוטין לנוסחת קצב הגזירה המקורי (γ = V / x) בחלוקת המהירות של השכבה הנעה על ידי המרחק בין שתי השכבות. זה גם נותן לך מחשבון קצב סל"ד לספירה שמסביר סיבובים לדקה של תהליכים שונים.

קצב גזירה בעת ביצוע ברגים

מהנדסים משתמשים בקצב הגזירה בין הבורג לדופן הקנה במהלך תהליך זה. לעומת זאת, קצב הגזירה כאשר הבורג חודר לדיסק הפלדה הוא γ = (4 x Q) / (π x R³__) עם הזרימה הנפחית ש ורדיוס חור ר, שעדיין דומה לנוסחת קצב הגזירה המקורי.

אתה מחשב ש על ידי חלוקת ירידת הלחץ על פני התעלה ΔP על ידי צמיגות הפולימר η, בדומה למשוואה המקורית ללחץ גזירה τ. דוגמאות ספציפיות זו נותנות לך שיטה נוספת להשוואת קצב גזירה לעומת צמיגות, ובאמצעות שיטות אלה לכימות ההבדלים בתנועת הנוזלים, תוכל להבין טוב יותר את הדינמיקה של תופעות אלה.

יישומי קצב גזירה וצמיגות

מלבד חקר התופעות הפיזיקליות והכימיות של נוזלים עצמם, לקצב הגזירה והצמיגות יש שימושים במגוון יישומים על פני פיזיקה והנדסה. נוזלים ניוטוניים שיש להם צמיגות קבועה כאשר הטמפרטורה והלחץ הם קבועים מכיוון שאין תגובות כימיות של שינויים בשלב המתרחשים בתרחישים אלה.

עם זאת, רוב הדוגמאות בעולם האמיתי לנוזלים אינם כה פשוטים. ניתן לחשב צמיגות של נוזלים שאינם ניוטוניים שכן הם תלויים בקצב הגזירה. מדענים ומהנדסים בדרך כלל משתמשים ברומטרים במדידת קצב הגזירה והגורמים הקשורים להם, כמו גם בביצוע הגזירה עצמה.

כשאתה משנה את צורת הנוזלים השונים וכיצד הם מסודרים ביחס לשכבות הנוזלים האחרות, הצמיגות יכולה להשתנות באופן משמעותי. לפעמים מדענים ומהנדסים מתייחסים ל"צמיגות לכאורה"באמצעות המשתנה ηA כסוג זה של צמיגות. מחקרים בביו-פיזיקה הראו כי הצמיגות לכאורה של הדם עולה במהירות כאשר קצב הגזירה יורד מתחת ל -200 שניות^-1.

עבור מערכות ששואבות, מערבבות ומובילות נוזלים, הצמיגות לכאורה לצד שיעורי הגזירה מעניקה למהנדסים דרך לייצר מוצרים בתעשיית התרופות וייצור משחות וקרמים.

מוצרים אלה מנצלים את ההתנהגות הלא-ניוטונית של נוזלים אלה כך שהצמיגות יורדת כשאתה משפשף משחה או קרם על עורך. כשמפסיקים לשפשף, גם גזירת הנוזל נעצרת כך שצמיגות המוצרים גדלה והחומר מתמקם.