Κινηματική και Δυναμικό Ιξώδες

Η αντίσταση ενός υγρού στην παραμόρφωση με δεδομένο ρυθμό μετριέται από το ιξώδες του. Με πιο ξεκάθαρους όρους. Το «πάχος» ενός υγρού μετριέται από το ιξώδες του. Ορισμένα υγρά, όπως η μαρμελάδα, είναι πιο παχύρρευστα/παχύρρευστα, ενώ άλλα, όπως το νερό, είναι λιγότερο παχύρρευστα. Το κινηματικό και το δυναμικό ιξώδες είναι οι δύο τύποι ιξώδους που μπορούν να διακριθούν. Το κινηματικό ιξώδες σχετίζεται με την ποσότητα του δυναμικού ιξώδους ενός ρευστού ανά μονάδα πυκνότητας, ενώ το δυναμικό ιξώδες αναφέρεται στη δύναμη που χρειάζεται ένα ρευστό για να κινηθεί μέσω της εσωτερικής μοριακής του τριβής για να συνεχίσει να κινείται.

Ιξώδες

Όταν αναλύεται η ροή του υγρού σε οποιαδήποτε εφαρμογή, το ιξώδες ορίζεται ως το θεμελιώδες χαρακτηριστικό. Το κινηματικό και το δυναμικό ιξώδες είναι οι δύο τύποι ιξώδους. Η σύνδεση μεταξύ αυτών των δύο χαρακτηριστικών είναι απλή. Με την πρώτη ματιά, φαίνεται να είναι μια απλή ιδέα. Ωστόσο, υπάρχει μια σειρά από όρους που εμπίπτουν στην ομπρέλα της σημασίας του. Η μέτρησή του καθορίζεται από αυτούς τους όρους. Το δυναμικό ιξώδες, γνωστό και ως απόλυτο ιξώδες, μετρά την εγγενή αντίσταση ενός ρευστού στη ροή. Το κινηματικό ιξώδες, από την άλλη πλευρά, αντιπροσωπεύει την αναλογία του δυναμικού ιξώδους προς την πυκνότητα. Με βάση την πυκνότητα, δύο ρευστά με το ίδιο δυναμικό πάχος μπορεί να έχουν διαφορετικές κινηματικές πυκνότητες και αντίστροφα.

Κινητικό ιξώδες

Ενώ σε ένα υγρό ασκείται δύναμη, το κινηματικό του ιξώδες μας λέει πόσο γρήγορα κινείται. Είναι ο λόγος του Δυναμικού Ιξώδους (μ) του υγρού προς την Πυκνότητά του ( ). Το Momentum Diffusivity είναι ένα άλλο όνομα για αυτό. Το ελληνικό γράμμα nu (v) σημαίνει:               

V=  μ    

Το κινηματικό ιξώδες έχει τις διαστάσεις (μήκος)2/χρόνος Η συγκεκριμένη ενέργεια πολλαπλασιασμένη με το χρόνο ((J/kg) sec) είναι η μονάδα SI.

Δυναμικό ιξώδες 

Η δύναμη που απαιτείται για τη ροή ενός υγρού με συγκεκριμένο ρυθμό περιγράφεται από το δυναμικό ιξώδες. Ο λόγος διατμητικής τάσης προς διατμητική τάση είναι ο λόγος διατμητικής τάσης προς διατμητική τάση. Το Absolute Viscosity είναι ένα άλλο όνομα για αυτό. Το ελληνικό σύμβολο mu (μ) σημαίνει δυναμικό ιξώδες.

(μάζα / μήκος) / χρόνος είναι οι διαστάσεις του Δυναμικού Ιξώδους. Η πίεση πολλαπλασιασμένη με το χρόνο ισούται με τη μονάδα SI (Pa . sec).

Υπολογισμός ιξώδους

Ο λόγος της διατμητικής τάσης προς την κλίση ταχύτητας χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της πυκνότητας ενός υγρού. Μπορούμε να υπολογίσουμε την πυκνότητα μιας σφαιρικής ηρεμίας σε ένα υγρό χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο:

Σημείωση:Η διατμητική τάση εμφανίζεται όταν μια εξωτερική δύναμη που ενεργεί σε ένα αντικείμενο είναι παράλληλη με το επίπεδο του αντικειμένου, προκαλώντας παραμόρφωση κατά μήκος του επιπέδου και προκαλώντας την αίσθηση πίεσης στο αντικείμενο.

Η διαφορά στην ταχύτητα μεταξύ γειτονικών υγρών στρωμάτων ονομάζεται κλίση ταχύτητας.

Το ιξώδες είναι ο λόγος της διατμητικής τάσης προς τη βαθμίδα ταχύτητας σε ένα ρευστό. Όταν μια σφαίρα πέφτει σε ένα ρευστό, τότε το ιξώδες προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας έναν τύπο που δίνεται ως

ŋ =2ga2(∆ρ)9v

 ŋ=ιξώδες

g =βαρυτική επιτάχυνση

a =ακτίνα σφαίρας

=διαφορά πυκνότητας

v =ταχύτητα

Η μονάδα μέτρησης για το ιξώδες είναι Pascal δευτερόλεπτα ή Pa s. Όταν η θερμοκρασία ενός υγρού αυξάνεται, η πυκνότητά του μειώνεται.

Μονάδες CGS διαφόρων ιξωδών

Οι μαθητές ερωτώνται περιστασιακά για τις μονάδες ιξώδους. Επειδή υπάρχουν πολλοί τύποι πυκνότητας, ο καθένας με τη δική του μονάδα, οι μαθητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν το Poise (P) ως μονάδα δυναμικού ιξώδους CGS και το Stokes (St) ως μονάδα κινηματικού ιξώδους CGS για να διακρίνουν μεταξύ τους σε μονάδες. Ως centipoises, ο όρος poise (P) χρησιμοποιείται ειδικά στα πρότυπα ASTM (cP). Τα centistokes μονάδας (cST) χρησιμοποιούνται σε διάφορα πεδία. Είναι σημαντικό να μάθετε πώς να υπολογίζετε τις πυκνότητες αφού μάθετε τις μονάδες πυκνότητας. Τα σύμβολα και οι φράσεις που απαιτούνται για τον προσδιορισμό του ιξώδους δίνονται εδώ.

Ακολουθούν ορισμένοι άλλοι τύποι ιξώδους:

Η σχέση μεταξύ ιξώδους και ταχύτητας διάτμησης αναφέρεται ως σταθερό ιξώδες διάτμησης. Η διατμητική τάση που εφαρμόζεται σε ένα ρευστό διαιρούμενη με το ρυθμό διάτμησης είναι αυτό στο οποίο αναφέρεται αυτός ο όρος. Κατά τη μέτρηση του ιξώδους των ρευστών του Νεύτωνα, αυτό το ιξώδες παραμένει σταθερό, αλλά αλλάζει κατά τη μέτρηση του ιξώδους των μη νευτώνειων ρευστών.

Η αναλογία του ιξώδους ενός διαλύματος προς το ιξώδες του υγρού που χρησιμοποιείται είναι γνωστή ως σχετικό ιξώδες.

Το εκτατικό ιξώδες αναφέρεται στην αντίσταση ενός ρευστού στην εκτατική ροή (που διέρχεται από μια σταθερή περιοχή με ξαφνική αλλαγή στην επιφάνεια της διατομής). Το υγρό επέκτασης χρησιμοποιείται για τη μέτρηση οποιασδήποτε ροής σε μια περιοχή διατομής.

Για τον προσδιορισμό του ιξώδους, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ιξωδόμετρο και υπάρχουν διάφοροι τρόποι διαθέσιμοι στην αγορά για να επιτευχθεί αυτό. Ωστόσο, μόνο λίγα εργαλεία έχουν τη δυνατότητα να προσδιορίζουν με ακρίβεια το ιξώδες. Μερικοί άνθρωποι μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια το ιξώδες μόνο Νευτώνειων ρευστών, ωστόσο τα περισσότερα ρευστά είναι μη Νευτώνεια. Μερικοί άνθρωποι μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια τις ιδιότητες χωρίς να δοκιμάσουν το πραγματικό ιξώδες.

Συμπέρασμα

Το θεμελιώδες χαρακτηριστικό του ιξώδους ορίζεται κατά την ανάλυση της ροής του υγρού σε οποιαδήποτε εφαρμογή. Οι δύο τύποι ιξώδους είναι το κινηματικό και το δυναμικό ιξώδες. Όταν δίνεται δύναμη σε ένα υγρό, το κινηματικό ιξώδες του υγρού καθορίζει πόσο γρήγορα ταξιδεύει. Είναι η αναλογία μεταξύ του Δυναμικού Ιξώδους του υγρού  και της Πυκνότητάς του. Το δυναμικό ιξώδες είναι η δύναμη που απαιτείται για να ρέει ένα υγρό με συγκεκριμένο ρυθμό. Η αναλογία διατμητικής τάσης προς ρυθμό διατμητικής παραμόρφωσης είναι γνωστή ως απόλυτο ιξώδες. Το ελληνικό γράμμα mu υποδηλώνει δυναμικό ιξώδες.