ویسکوزیته یا گرانروی اصطلاحی است که معمولا در مکانیک سیالات مطرح می شود. ویسکوزیته یکی از ویژگی های سیال است و برای مطالعه رفتار جریان سیال بسیار مهم است. همه سیالات چه در حالت مایع و چه در حالت گاز، دارای ویسکوزیته مشخصی است. در این مطلب به جزئیات بیشتری در مورد این اصطلاح می پردازیم.
ویسکوزیته چیست؟
اصطلاح ویسکوزیته یا گرانروی ریشه در اصطلاح لاتین Viscum دارد که به چسبندگی اطلاق می شود. در مکانیک سیالات، ویسکوزیته به عنوان اندازه گیری مقاومت سیال در برابر جریان سیال تحت نیروی اعمال شده تعریف می شود.
برای سیالی که در حال حرکت است، گرانروی اصطکاک آن را توضیح می دهد. پس، سیالی با ویسکوزیته زیاد، اصطکاک داخلی بیشتری برای مقاومت در برابر جریان ایجاد می کند در حالی که سیال با گرانروی کمتر اصطکاک کمتری ایجاد می کند. به صورت کلی، مایعات نسبت به گازها گرانروی بیشتری دارد.
در صورتی که مثال زیر را در نظر بگیریم، مفهوم گرانروی واضح تر خواهد بود. اگر آب و عسل را بخواهیم در یک ظرف بریزیم، متوجه خواهید شد که آب روان تر و سریع تر از عسل جریان پیدا خواهد کرد. این موضوع به این دلیل است که عسل چسبندگی بیشتری نسبت به آب دارد. پس، عسل نسبت به آب مقاومت بیشتری در برابر حرکت دارد و به همین دلیل است که آب آزادتر از عسل حرکت می کند.
اهمیت ویسکوزیته
دانستن اطلاعات مربوط به این گرانروی برای پیش بینی رفتار سیال اهمیت زیادی دارد. برای مثال، اگر سس گوجه داخل لوله گرانروی مناسبی نداشته باشد، ممکن است از لوله خارج نشود یا به یقین بیش از حد جریان داشته باشد.
نماد ویسکوزیته
اندازه گیری ویسکوزیته
اندازه گیری گرانروی سیالات برای درک ویژگی های جریان آن سیال بسیار مهم است. انواع مختلفی از ابزارها وجود دارد که با آنها می توان گرانروی را اندازه گیری کرد. این دستگاه های اندازه گیری به عنوان ویسکومتر و رئومتر شناخته می شود. ابزارهای رایج برای اندازه گیری گرانروی عبارتند از:
- ویسکومتر مویرگی
- ویسکومتر کروی سقوط
- ویسکومتر چرخشی
- رئومتر آکوستیک
- رئومترهای میکروسیالی
- جام زان
- ویسکومتر ارتعاشی
- طیف سنجی همبستگی فلورسانس
عوامل موثر بر ویسکوزیته
- فشار: با افزایش فشار معمولا گرانروی گازها افزایش خواهد یافت. اما به علت تراکم ناپذیر بودن مایعات تاثیر کمی در مایعات دارد.
- دمای سیال: معمولا گرانروی مایعات با افزایش دما کاهش می یابد. در مقابل، گرانروی گازها با افزایش دما افزایش خواهد یافت.
- شرایط جریان: برای جریان آرام، گرانروی مایع ثابت می ماند درحالی که برای جریان آشفته گرانروی تغییر می کند.
- جریان چندفازی: گرانروی جریان چندفازی تحت تاثیر حجم هر فاز است.
- ذرات معلق: این ذرات باعث افزایش گرانروی خواهد شد.
ویسکوزیته آب
دما (°C) | ویسکوزیته (cP) |
|---|---|
10 | 1.3059 |
20 | 1.0016 |
30 | 0.79722 |
50 | 0.54652 |
70 | 0.40355 |
90 | 0.31417 |
100 | 0.2822 |
ویسکوزیته سینماتیکی آب
دما (°C) | ویسکوزیته سینماتیکی ((m2/s X 10-6) |
|---|---|
10 | 1.3059 |
20 | 1.004 |
30 | 0.801 |
50 | 0.553 |
70 | 0.413 |
90 | 0.326 |
100 | 0.294 |
ویسکوزیته برخی مواد مرسوم
ماده | دما (°C) | ویسکوزیته (cP) |
|---|---|---|
بنزن | 25 | 0.604 |
هوا | 25 | 18.5×10-3 |
جیوه | 25 | 1.526 |
شیر کامل | 50 | 2.12 |
روغن زیتون | 26 | 56.2 |
عسل | 20 | 2,000–10,000 |
کچاپ | 25 | 5,000–20,000 |
- مقالات مفید و مرتبط با موضوع
- ترانسمیتر فشار چیست و چگونه کار می کند؟
- ترانسدیوسر فشار چیست و چگونه کار می کند؟
- سنسور فشار چیست؟ 8 مدل سنسور فشار
قانون ویسکوزیته نیوتن
رابطه میان تنش برشی و نرخ برشی سیال تحت تنش مکانیکی توسط قانونه نیوتن ایجاد شده است. در یک دما و فشار معین، قانون گرانروی نیوتن بیان می کند که تنش برشی بین دو لایه مجاور در یک سیال با گرادیان سرعت بین آن لایه ها متناسب است. به بیان ساده تر، نسبت تنش برشی به سرعت برشی در یک سیال ثابت است و به عنوان ضریب ویسکوزیته تعریف می شود. سیالات نیوتنی از قانون گرانروی نیوتن پیروی می کند.
سیالات غیر نیوتنی از این قانون پیروی نکرده و از این رو گرانروی متفاوتی داشته و به نرخ برش بستگی دارد. گرانروی دینامیکی ضریب ویسکوزیته است که در این قانون تعریف شده است.
کاربردهای عملی ویسکوزیته
مفهوم گرانروی به طور گسترده ای در علم و فناوری استفاده می شود:
- وزن مولکولی مایعات آلی با استفاده از گرانروی تعیین می شود.
- در مهندسی روانکاری، داده های گرانروی و تغییرات آن با دما برای تصمیم گیری روانکاری مناسب برای تجهیزات خاص یک ضرورت حتمی است.
- برای تعیین داروهای مختلف مانند شربت، اطلاعات گرانروی لازم است.
- روغن های پخت و پز، چربی ها و … با گرانروی خاصی تولید می شود.
- آدامس ها، پاک کننده ها، خنک کننده ها، روغن ترمز، لوازم آرایشی و … به اطلاعات گرانروی در طول تولید نیاز دارد.
- گردش خون نیز در بدن ما به گرانروی بستگی دارد.
ویسکوزیته زیاد
گرانروی زیاد معمولا به این معنی است که سیال غلیظ تر است. سیال با ویسکوزیته زیاد، مقاومت بیشتری دارد. برای مثال، میان دو مایع آب و عسل، عسل در مقایسه با آب گرانروی بیشتری دارد. پس نیروی مقاومت در برابر جریان آب در مقایسه با عسل کمتر خواهد بود.
