7 Aralık 2010 Salı

Newtonian Akışkanlar

.
Viskozite / Viscosity (μ), özellikle sıvı ve yarı-sıvılarla çalışırken karşımıza sıklıkla çıkan önemli bir fiziksel özellik. "Sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç" şeklinde tanımlanabilir.
Viskozite artışı ile:
- Akışkanlık azalır.
- Hareketi sağlamak için gerekli pompa gücü ve Enerji gereksinimi artar.

Sıvıların viskozite değerleri, gazlarınkinden çok daha yüksektir.
Sıvılarda sıcaklık (T) arttıkça viskozite azalırken, gazlarda tam tersi olur.
Basınç (P) arttıkça, hem sıvı hem de gazlarda μ artar.

Bu da bonus bilgi: Birimi (SI) kg/m.s'dir veya Pa.s
cgs birim sisteminde ise cP cinsinden ifade edilir. (1 cP= 0.001 kg/m.s)



Newtonian Akışkanlar / Newtonian Fluids: Newton's Law of Viscosity diye bir kanun var. Bu kanuna uyanlara "Newtonian Akışkanlar" deniyor. Su, süt, etil alkol, şarap, bira, tuzlu veya az şekerli sıvı çözeltiler, gazlar gibi...
Bunlarda kesme hızı ile kesme kuvveti arasında doğrusal bir ilişki var. Bu doğrunun eğimi bize viskoziteyi (μ) veriyor. Yani Newtonian Akışkanlarda μ, hız gradyanından bağımsız ve belli sıcaklıklarda sabit bir değer.

Adı geçen yasaya uymayanalara ise Non-Newtonian Fluids deniyor. Nişasta, pektin, gamlar, protein içeren konsantre çözeltiler, polimer çözeltileri gibi...
Bunlar kendi aralarında alt başlıklara ayrılmış. Örnekse Pseudoplastikler ve Dilant sıvılarda viskozite sabit değil, kesme kuvvetine bağımlı. Bi bakalım:




Bingham Plastikler: Diş macunu, jeller-jöleler, ketçap gibi... Kritik kesme kuvvetine ulaşılıncaya kadar sıvıda akış görülmez. Ancak kritik kesme kuvveti aşıldığında, Newtonian akışkanlar gibi (genellikle) doğrusal şekilde gelişen bir hareket başlar. (Do not flow at all until a threshold shear stress is attained and then flow linearly at greater shear stresses.)


Pseudoplastikler veya Shear thinning Sıvılar: Stres arttıkça, viskozite (μ) azalır. (Grafik yorumu: aşağı doğru konkavlaşan)
Mayonez, kan, şuruplar, melas, kauçuk lateks gibi... Örnekse mayonez kutusunun kıç tarafından patlatarak şiddet uyguladığınızda incelerek akar; ama sonrasında ekmeğin arasında olanca asaleti ve mağruriyetiyle öylece durur.

Dilatant/Genişleyen/Kalınlaşan/Shear thickening Sıvılar: Mısır nişastası, sıvı çikolata. Stres arttıkça, uygulanan strese karşı akış direnci de artmakta. Bununla ilgili geyik bir video var. Bir havuzu mısır nişastası eklenmiş su ile doldurmuşlar ve olaylar gelişmiş:
A pool filled with non-newtonian fluid (Video)
(Kayıt İspanyolca sanırım)


-Zaman'a bağımlı olanlar:-
Tiksotropik/Thixotropic Sıvılar: Sürekli kuvvet etkisiyle viskoziteleri düşer. Yapı zamanla bozulabilir. Çeşitli kremalar, clay (kil). Bu özelliğe sahip bazı killi toprak arazilerde, deprem sırasında dipten gelen şiddetle sıvılaşma benzeri değişimler olabiliyormuş. İlgilenenleri şu Wikipedia sayfasına alalım: (bkz)

Reopektik/Rheopectic Sıvılar: Sürekli kesme kuvveti ile μ artmakta, yapı gelişmektedir. Çırpılmış krema, lubrikantlar (kayganlaştırıcı, yağlayıcı gibi bir tercüme), gypsum (Kireç, alçı taşı).



Viskoelastik maddeler: Hamur gibi. Hem viskoz özellik taşır hem de elastik. Yani hem sünebilir ve uzayabilir hem de uzamaya karşı direnç gösterir. Kesme direnci kaldırıldığında materyal tümüyle eski haline dön(e)mez, oluşan deformasyon kalıcı olur. Hamur, peynir, jöleli gıdalar gibi.

Sıkıştırılabilen Akışkanlar: Gazlar. Basınç (P) değişimi ile hacim (V) ve yoğunlukları (ρ) değişen akışkanlar. Katı ve sıvılar bu tanıma uymaz.



Akış Tipleri:
_ Laminar Akış / Laminar Flow
_ Türbülant/Kargaşalı Akış / Turbulent Flow

Akışın hangisine uyduğunun mühendislik hesaplarla tespitinde Reynold Sayısı'ndan yararlanılır.


Reynold Sayısı / Reynold's Number :



Re < 2100 ---> Laminar akış
2100 - 4000 ---> Transition State/Geçiş Bölgesi
Re > 4000 ---> Türbülant



- Bernoulli Eşitliği ve Pompa Verimi -



η: Pompa verimi
W: Pompa işi
h: Sürtünme kayıpları toplamı




Akış hızı ölçümünde: Akışmetre (Türbinli akışmetre), Pitot tüpü, Venturimetre, Orifisimetre, Rotametre gibi çeşitli yöntemlerden yararlanılır.
(bkz: Flowmeter)


Konu ile ilgili daha ayrıntılı ansiklopedik bilgileri şuradan bulabilirsiniz.
.

Hiç yorum yok: