Comment calculer le taux de cisaillement

Contenu

• Formule de taux de cisaillement
• Stress de cisaillement
• Autres formules de taux de cisaillement
• Facteur C en taux de cisaillement
• Taux de cisaillement et viscosité
• Taux de cisaillement lors de la fabrication de vis
• Taux de cisaillement et applications de viscosité

Faire tourner une cuillère dans une tasse de thé pour la mélanger peut vous montrer commentIl est pertinent de comprendre la dynamique des fluides dans la vie quotidienne. Utiliser la physique pour décrire le flux et le comportement des liquides peut vous montrer les forces complexes et compliquéesdans une tâche aussi simple que de remuer une tasse de thé. Le taux de cisaillement est un exemple qui peut expliquer le comportement des fluides.

Formule de taux de cisaillement

Un fluide est "cisaillé" quanddifférentes couches du fluide se chevauchent. Le taux de cisaillement décrit cette vitesse. Une définition plus technique est que le taux de cisaillement est le gradient de vitesse d'écoulement perpendiculaire,ou à angle droit, dans la direction du flux. Il exerce une contrainte sur le liquide qui peut rompre les liaisons entre les particules de son matériau, raison pour laquelle il est décrit comme un "cisaillement".

Lorsque vous observez le mouvement parallèle d'une plaque ou d'une couche d'un matériau qui se trouve au-dessus d'une autre plaque ou d'une couche encore immobile, vous pouvez déterminer le taux de cisaillement à partir de la vitesse de cette couche.en ce qui concerne la distance entre les deux couches. Les scientifiques et les ingénieurs utilisent la formule γ = V / x pour le taux de cisaillement γ ("gamma") en unités de s^-1, vitesse de la couche en mouvement V et distance entre les couches m en mètres.

Cela vous permet de calculer le taux de cisaillement en fonction du mouvement deles couches elles-mêmes si vous supposez que la plaque ou la couche supérieure se déplace parallèlement au fond. Les unités de taux de cisaillement sont généralement s^-1 à des fins différentes.

Stress de cisaillement

L'application d'un fluide tel qu'une lotion sur votre peau fait que les fluides se déplacent parallèlement à votre peau et s'opposent au mouvement qui presse le fluide directement sur la peau. La forme du liquideen ce qui concerne votre peau affecte la façon dont les particules de la lotion se brisent à mesure qu’elles sont appliquées.

Vous pouvez également relier le taux de cisaillement γ à la contrainte de cisaillement τ ("tau") à la viscosité,une résistance des fluides à l'écoulement, η ("eta") à travers γ = η / τ i_n dont _τ est la même unité que la pression (N / m² ou pascals Pa) et η en unités de _ (_ N / m² s). le viscosité vous donne une autre façon de décrire le mouvement du fluide et de calculer une contrainte de cisaillement propre à la substance dufluide lui-même.

Cette formule de taux de cisaillement permet aux scientifiques et aux ingénieurs de déterminer la nature intrinsèque du stress subi par les matériaux qu’ils utilisent pour étudier la biophysique desdes mécanismes tels que la chaîne de transport d'électrons et des mécanismes chimiques tels que l'inondation de polymères.

Autres formules de taux de cisaillement

Exemples plus compliqués du taux de cisaillementla formule établit un rapport entre le taux de cisaillement et d’autres propriétés des liquides, telles que la vitesse d’écoulement, la porosité, la perméabilité et l’adsorption. Cela vous permet d’utiliser le taux de cisaillement dans des situations compliquées. mécanismes biologiquescomme la production de biopolymères et d’autres polysaccharides.

Ces équations sont produites par des calculs théoriques des propriétés des phénomènes physiques eux-mêmes,ainsi que par le test des types d'équations de forme, de mouvement et de propriétés similaires qui correspondent le mieux aux observations de la dynamique des fluides. Utilisez-les pour décrire le mouvement fluide.

Facteur C en taux de cisaillement

Un exemple, le Blake-Kozeny / Cannella corrélation, a montré que vous pouvez calculer le taux de cisaillement à partir de la moyenne d'une simulation d'écoulement à l'échelle des porestout en ajustant le "facteur C", un facteur qui explique la façon dont les propriétés des fluides de porosité, de perméabilité, de rhéologie des fluides et d'autres valeurs varient. Cette découverte est venueenviron en ajustant le facteur C dans une plage de quantités acceptables que les résultats expérimentaux avaient montrées.

La forme générale des équations de calcul du taux de cisaillementreste relativement le même. Les scientifiques et les ingénieurs utilisent la vitesse de la couche en mouvement divisée par la distance entre les couches pour établir les équations du taux de cisaillement.

Taux de cisaillement et viscosité

Des formules plus avancées et plus nuancées existent pour tester le taux de cisaillement et la viscosité de divers fluides selon différents scénarios spécifiques. Comparer le taux de cisaillement àla viscosité pour ces cas peut vous montrer quand l'un est plus utile que l'autre. Concevoir des vis qui utilisent des canaux d’espace entre des sections métalliques en forme de spirale peut leur permettre de s’ajusterfacilement dans les dessins auxquels ils sont destinés.

Le processus de extrusion, un procédé de fabrication d'un produit en forçant une matière à travers des ouvertures dans des disques en acier pour former une forme,peut vous permettre de créer des modèles spécifiques de métaux, de plastiques et même d’aliments tels que des pâtes ou des céréales. Cela a des applications dans la création de produits pharmaceutiques tels que des suspensions et des médicaments spécifiques.Le processus d'extrusion démontre également la différence entre le taux de cisaillement et la viscosité.

Avec l'équation γ = (π x D x N) / (60 x h) pour diamètre de vis ré en mm, vitesse de la vis N en tours par minute (tr / min) et en profondeur du canal h en mm, vous pouvez calculer le taux de cisaillement pour l'extrusion d'un canal de vis.Cette équation est très similaire à la formule initiale du taux de cisaillement (γ = V / x) en divisant la vitesse de la couche en mouvement par la distance entre les deux couches.Cela vous donne également un calculateur de vitesse de rotation en tr / min qui tient compte des révolutions par minute de différents processus.

Taux de cisaillement lors de la fabrication de vis

Les ingénieurs utilisent la cisailletaux entre la vis et la paroi du canon pendant ce processus. En revanche, le taux de cisaillement lorsque la vis pénètre dans le disque en acier est γ = (4 x Q) / (π x R³__) avec le débit volumétrique Q et le rayon du trou R, qui ressemble encore à la formule originale du taux de cisaillement.

Vous calculez Q en divisantla chute de pression à travers le canal ΔP par la viscosité du polymère η, similaire à l'équation originale pour la contrainte de cisaillement τ. Cet exemple spécifique donneUne autre méthode de comparaison du taux de cisaillement en fonction de la viscosité permet de comprendre la dynamique grâce à ces méthodes de quantification des différences de mouvement des fluidesde ces phénomènes mieux.

Taux de cisaillement et applications de viscosité

Autre que l’étude des phénomènes physiques et chimiques des fluides eux-mêmes, le taux de cisaillement et la viscositéavoir des utilisations dans une variété d'applications de la physique et de l'ingénierie. Les liquides newtoniens qui ont une viscosité constante lorsque la température et la pression sont constantes car il n’existeréactions chimiques des changements de phase intervenant dans ces scénarios.

La plupart des exemples concrets de fluides ne sont toutefois pas si simples. Vous pouvez calculer les viscosités de fluides non newtoniens commeils dépendent du taux de cisaillement. Les scientifiques et les ingénieurs utilisent généralement des rhéomètres pour mesurer le taux de cisaillement et les facteurs connexes, ainsi que pour effectuer le cisaillement proprement dit.

Comme toichanger la forme de différents fluides et la façon dont ils sont disposés par rapport aux autres couches de fluides, la viscosité peut varier considérablement. Parfois, les scientifiques et les ingénieurs se réfèrent à la "viscosité apparente"en utilisant la variable ηA comme ce type de viscosité. Des recherches en biophysique ont montré que la viscosité apparente du sang augmente rapidement lorsque le cisaillementle taux tombe en dessous de 200 s^-1.

Pour les systèmes qui pompent, mélangent et transportent des fluides, la viscosité apparente ainsi que les taux de cisaillement offrent aux ingénieurs un moyen de fabriquer des produits enl'industrie pharmaceutique et la production de pommades et de crèmes.

Ces produits tirent parti du comportement non newtonien de ces fluides, de sorte que la viscositédiminue lorsque vous frottez la peau avec de la pommade ou de la crème. Lorsque vous arrêtez de frotter, le cisaillement du liquide s'arrête également de sorte que la viscosité du produit augmente et que le matériau se dépose.