점도 계산 공식

점도는 유체의 내부 마찰을 측정하여 얻은 값입니다. 이 마찰은 한 유체 층의 움직임이 다른 유체 층의 움직임에 의해 영향을 받을 때 매우 중요합니다. 마찰이 클수록 유체를 움직이게 하기 위해 가해야 하는 힘도 커집니다. 이 힘을 "전단력"이라고 합니다. 전단은 유체가 붓기, 퍼지기, 뿌리기, 혼합 등과 같이 물리적으로 움직이거나 분산될 때 발생합니다. 고점도 유체는 저점도 재료보다 유체 흐름을 유발하는 데 더 큰 힘이 필요합니다.

뉴턴은 그림 4-1의 모델을 사용하여 유체의 점도를 정의했습니다. 서로 다른 평면에 있지만 평행한 두 유체는 동일한 면적 "A"를 갖고 거리 "dx"만큼 분리되어 있으며 서로 다른 유속 "V1"과 "V2"에서 동일한 방향으로 흐릅니다. 뉴턴은 이러한 서로 다른 힘을 유지한다고 가정했습니다. 유속은 유체의 상대 속도 또는 속도 구배에 비례합니다. 즉:

F/A = etadv/dx

여기서 eta는 "라고 부르는 재료 특성과 관련됩니다. 점도".

속도 구배 dv/dx는 액체가 겪는 전단력을 나타내는 중간층의 상대 속도를 측정하며, 단위는 S입니다. 시간의 역수(초-1).

F/A 용어는 "전단 응력"이라고 하는 단위 면적당 전단으로 인해 발생하는 합력을 나타내며, 단위는 "제곱 센티미터당 다인(dyne)" /cm2)입니다.

이 기호를 사용하여 점도계는 다음 수학 공식으로 정의할 수 있습니다:

θ=viscosity=F/S=전단력/전단율

"포아즈"의 점도 기본 단위입니다. 전단력이 제곱센티미터당 1다인이고 전단율이 1초-1일 때 재료의 점도를 100포아즈로 정의합니다. 점도를 측정할 때 국제 표준 시스템인 "Pa˙s" 또는 "mPa˙s" 단위의 점도를 접할 수 있으며 때로는 미터법 명명법보다 선호됩니다. 1Pa˙s는 10poise와 같습니다. 1mPa˙s는 1cp와 같습니다.

뉴턴은 고정된 온도의 모든 재료에 대해 점도와 전단률은 관련이 없다고 가정했습니다. 즉, 힘이 두 배이면 유체가 두 배 더 빨리 움직이는 데 도움이 될 수 있습니다.

우리가 아는 한, 뉴턴의 가설은 부분적으로만 정확합니다.

뉴턴 유체

뉴턴은 이러한 형태의 흐름 동작을 갖는 모든 유체를 "뉴턴 유체"라고 불렀지만 이것은 단지 접할 수 있는 유체 중 하나일 뿐입니다. 뉴턴 유체의 특성은 그림 4-2를 참조할 수 있습니다. 그림 A는 전단력(F)과 전단율(S) 사이에 선형 관계가 있음을 보여줍니다. 그림 B는 다양한 전단율에서도 점도가 일정하게 유지된다는 것을 보여줍니다. 일반적인 뉴턴 유체는 물과 얇은 엔진 오일입니다.

위의 의미는 고정된 온도에서 뉴턴 유체의 점도는 사용하는 점도계 모델, 로터, 속도에 관계없이 일정하게 유지된다는 것입니다. 표준 Brookfield 점도 값은 다양한 전단율에 걸쳐 Brookfield 장비로 측정한 값입니다. 이것이 바로 뉴턴 유체가 당사의 모든 점도계 모델에서 작동될 수 있는 이유입니다. 뉴턴 유체는 가장 쉽게 측정할 수 있는 유체입니다. 점도계를 꺼내 실행해 보세요. 불행하게도 더 일반적이고 복잡한 유체, 즉 비뉴턴 유체가 있는데, 이에 대해서는 다음 섹션에서 다루겠습니다.

비뉴턴 유체의 대략적인 정의는 F/S 관계가 일정하지 않다는 것입니다. 즉, 서로 다른 전단 속도가 적용될 때 전단력은 동일한 비율로(또는 심지어 같은 방향). 이러한 유체의 점도는 다양한 전단율의 영향을 받습니다. 동시에 다양한 유형의 점도계의 설정 매개변수, 로터 및 회전 속도가 비뉴턴 유체의 점도 값에 영향을 미칩니다. 이렇게 측정된 점도 값을 유체의 "겉보기 점도"라고 하며, 실험 매개변수 값이 올바르게 설정되고 정확하게 측정되어야 그 값이 정확합니다.

비뉴턴 유체 흐름은 서로 다른 모양과 크기의 분자로 구성된 유체로 상상될 수 있습니다. 두 분자가 서로 지나갈 때, 즉 흐름이 발생할 때 이를 움직이려면 얼마나 많은 힘이 필요합니까? 크기, 모양 및 접착력에 따라 달라집니다. 다른 전단 속도에서는 정렬이 달라지며 동작을 유지하는 데 어느 정도의 합력이 필요합니다.

다양한 비뉴턴 유체의 거동을 식별하기 위해 유체 점도의 변화를 전단 속도의 차이로부터 얻을 수 있습니다. 비뉴턴 유체의 일반적인 형태는 다음과 같습니다.

유사가소성 : 이 형태 유체의 특성은 전단율이 증가하면 유속의 감소를 동반하게 되는데, 이는 가장 일반적인 비뉴턴 유체일 수 있다. 유사가소성 유체에는 페인트, 유제 및 기타 다양한 형태의 유체가 포함됩니다. 이러한 유형의 유체 거동을 "전단박화"라고도 합니다.

딜런트(Dilant): 딜레이턴트 유체의 특징은 전단율이 증가함에 따라 유량도 증가하는 것입니다. 유사가소성 유체보다는 덜 일반적이지만, 팽창성 유체는 슬러리, 캔디 혼합물, 옥수수 전분-물 혼합물 및 모래/물 혼합물과 같이 고형물을 응집시키지 않는 유체가 있는 곳에서 종종 볼 수 있습니다. 이러한 유형의 유체 거동을 "전단 농축"이라고도 합니다.

플라스틱: 이 유형의 유체는 정전기 환경에서 고체처럼 거동합니다. 유체가 흐르기 전에 먼저 유체에 일정한 힘을 가해야 합니다. 이 힘을 "항복값"이라고 합니다. 이러한 유형의 액체의 전형적인 예는 케첩입니다. 케첩은 먼저 흔들거나 두드리지 않으면 케첩을 병에서 직접 부을 수 없는 방식으로 생산됩니다. 출력값이 상한값을 초과하면 유체가 흐르기 시작합니다. 플라스틱 유체에는 뉴턴 유체, 유사가소성 유체, 팽창 유체의 특성이 포함됩니다.

지금까지 우리는 비뉴턴 유체 전단 속도의 효과에 대해서만 논의했습니다. 시간 효과도 고려하면 어떤 문제가 발생합니까? 이 문제는 비뉴턴 유체 전단 속도의 다른 두 가지 유형을 논의하도록 요구합니다. 유체: " "요변성" 및 "유변성"