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お茶を入れてスプーンを混ぜて混ぜると、日常生活の流体のダイナミクスを理解することがいかに適切かがわかります。物理学を使用して液体の流れと動作を説明すると、お茶をかき混ぜるなどの単純な作業にかかる複雑で複雑な力を示すことができます。せん断速度は、流体の挙動を説明できる1つの例です。
せん断速度式
液体の異なる層が互いに通り過ぎると、液体は「せん断」されます。せん断速度はこの速度を表します。より技術的な定義は、せん断速度は、流れの方向に対して垂直または直角の流速勾配であるということです。液体に歪みを与え、その材料内の粒子間の結合を破壊する可能性があります。そのため、「せん断」と呼ばれます。
プレートまたは静止している別のプレートまたはレイヤーの上にある材料のレイヤーの平行運動を観察するとき、2つのレイヤー間の距離に対するこのレイヤーの速度からせん断速度を決定できます。科学者とエンジニアは式を使用します γ= V / x せん断速度 γ （ "ガンマ"）単位-1、移動層の速度 V 層間の距離 m メートル単位。
これにより、上部プレートまたはレイヤーが下部に平行に移動すると仮定した場合、レイヤー自体の動きの関数としてせん断速度を計算できます。せん断速度の単位は一般に-1 さまざまな目的のために。
せん断応力
ローションなどの液体を肌に押し付けると、液体の動きが肌に平行になり、液体を肌に直接押し付ける動きに反対します。肌に対する液体の形状は、ローションの粒子が適用されるときにどのように分解するかに影響します。
せん断速度を関連付けることもできます γ せん断応力 τ （「タウ」）粘度、流動に対する流体抵抗、 η （「eta」）〜 γ=η/τi_n which_τ 圧力と同じ単位（N / m2 またはパスカルPa）および η _（_ N / mの単位で2 s）。の 粘度 流体の動きを記述し、流体自体の物質に固有のせん断応力を計算する別の方法を提供します。
このせん断速度の式により、科学者とエンジニアは、電子輸送チェーンなどのメカニズムの生物物理学やポリマーフラッディングなどの化学メカニズムの研究に使用する材料に対するせん断応力の本質的な性質を判断できます。
その他のせん断速度の式
せん断速度式のより複雑な例は、せん断速度を流速、多孔性、透過性、吸着などの液体の他の特性に関連付けます。これにより、複雑なせん断速度を使用できます 生物学的メカニズム、生体高分子や他の多糖類の生産など。
これらの方程式は、物理現象自体の特性の理論計算と、流体力学の観測に最適な形状、運動、および類似の特性の方程式のタイプのテストを通じて作成されます。それらを使用して、流体の動きを記述します。
せん断速度のC因子
一例、 ブレイク・コゼニー/カネラ 相関関係は、「Cファクター」を調整しながら、細孔スケールの流動シミュレーションの平均からせん断速度を計算できることを示しました。この発見は、実験結果が示した許容量の範囲内でCファクターを調整することで実現しました。
せん断速度を計算するための方程式の一般的な形式は、比較的同じままです。科学者とエンジニアは、せん断速度の方程式を考えるときに、運動中の層の速度を層間の距離で割った値を使用します。
せん断速度対粘度
さまざまな特定のシナリオのさまざまな流体のせん断速度と粘度をテストするための、より高度で微妙な数式が存在します。これらの場合のせん断速度と粘度を比較すると、一方が他方よりも有用であることがわかります。金属スパイラルのようなセクション間のスペースのチャネルを使用するネジ自体を設計することで、目的の設計に簡単に適合させることができます。
のプロセス 押し出し、材料をスチールディスクの開口部に通して形状を形成することにより製品を製造する方法では、金属、プラスチック、さらにはパスタやシリアルなどの食品の特定のデザインを作成できます。これには、懸濁液や特定の薬物などの医薬品を作成する用途があります。押し出しのプロセスは、せん断速度と粘度の違いも示しています。
方程式で γ=（πx D x N）/（60 x h） ネジ径用 D mm、ネジ速度 N 毎分回転数（rpm）およびチャネル深度 h mm単位で、スクリューチャンネルの押し出しのせん断速度を計算できます。この方程式は、元のせん断速度の式（γ= V / x） 移動するレイヤーの速度を2つのレイヤー間の距離で除算する場合。また、これにより、さまざまなプロセスの1分あたりの回転数を考慮したrpmからせん断速度の計算が可能になります。
ねじを作るときのせん断速度
エンジニアは、このプロセス中にネジとバレル壁の間のせん断速度を使用します。対照的に、ネジがスチールディスクを貫通するときのせん断速度は γ=（4 x Q）/（πx R3__) 体積流量で Q 穴の半径 R、まだ元のせん断速度の式に似ています。
計算する Q チャネル全体の圧力降下を分割することにより ΔP ポリマー粘度 η、せん断応力の元の方程式と同様 τ. この特定の例では、せん断速度と粘度を比較する別の方法が提供されます。また、流体の動きの違いを定量化するこれらの方法により、これらの現象のダイナミクスをよりよく理解できます。
せん断速度と粘度の用途
流体自体の物理的および化学的現象を研究する以外に、せん断速度と粘度は物理学と工学のさまざまな用途で使用されます。温度と圧力が一定の場合、これらのシナリオで発生する位相の変化の化学反応がないため、一定の粘度を持つニュートン液体。
しかし、流体のほとんどの実世界の例は非常に単純ではありません。せん断速度に依存するため、非ニュートン流体の粘度を計算できます。科学者とエンジニアは通常、せん断速度と関連する要因の測定、およびせん断自体の実行にレオメーターを使用します。
さまざまな流体の形状と、流体の他の層に対してそれらがどのように配置されるかを変更すると、粘度が大幅に変化する可能性があります。科学者やエンジニアが「見掛け粘度"変数を使用して ηA このタイプの粘度として。生物物理学の研究では、せん断速度が200秒を下回ると、血液の見かけの粘度が急速に増加することが示されています-1.
流体をポンピング、混合、および輸送するシステムの場合、せん断速度とともに見かけの粘度により、エンジニアは製薬業界で製品を製造し、軟膏やクリームを製造することができます。
これらの製品は、これらの液体の非ニュートン挙動を利用するため、皮膚に軟膏またはクリームをこすると粘度が低下します。摩擦を止めると、液体のせん断も止まり、製品の粘度が上がり、材料が沈殿します。