流体力学を学ぶときは、速度勾配についても知っておくことが重要です。流体力学は、液体、気体、およびそれらに課される力の力学を扱う物理学のセクションです。流体がどのように動作するかに関連する 2 つのプロパティは、密度と粘度です。
流体を動かさない限り、粘度は見られません。また、流体の層全体に速度勾配の適用を確立します。粘度、速度勾配、およびその寸法に関連するすべての側面について説明します。
速度勾配とは?
速度勾配の定義によれば、流体の層の間の速度の差は速度勾配として知られています。 v/x で表されます。ここで、v は速度を表し、x は流体の隣接する層間の距離を表します。
例
水がパイプまたは任意の固体オブジェクトを流れるとき、固体表面のパイプと接触する水の層は同じ運動状態にあります。ただし、中央のレイヤーは別の動きの状態です。オブジェクトを流れる流体の層の間のこの差は、速度勾配として定義されます。
もう 1 つの例は、誰かが壁をペイントするときです。ペイント ブラシを使用して全体のペイント フォースを適用し、壁全体に広げます。塗料の下層は固体表面に付着しますが、塗料の表層は絵筆に付着します。ブラシによって適用される力は、ペイントのさまざまな層に違いをもたらします。
表面と接触している塗料の分子は固定相にあります。しかし、ブラシと接触しているレイヤーに到達すると、モーションはレイヤーを介して増加します。これは、塗料の層全体に速度勾配が適用されていることを示しています。
速度勾配の方程式
速度勾配は、ユニットごとに流体層に適用される力の量に比例します。
T α dV/dx
どこで、
- T は力を表します。
- V は速度です。
- x は表面に垂直な距離です。
方程式の関係を確立するために、比例定数が導入されます。
T =η dV/dx、
ここで、ηは粘性係数と呼ばれます。
この方程式は、存在するほとんどの流体に適用できます。これらはニュートン流体と呼ばれます。この方程式に従わない流体は、非ニュートン流体と呼ばれます。
速度勾配の次元
速度勾配の次元式は [M0 L0 T-1] です。ここで、
- M =質量
- L =長さ
- T =時間
派生。
速度勾配 =速度 x 距離-1 _____ (1)
速度勾配の次元式 は [M0 L0 T-1] _____ (2)
距離の次元式は [M0L1T0] _____ (3)
(2) と (3) を (1) に入れると、
V =[M0 L1 T-1] × [M0 L1 T0]-1 =[M0 L0 T-1].
流体の粘度に影響する要因
温度は粘度に大きく影響します。簡単に言えば、一部の流体の粘度は、温度の上昇とともに低下します。
はちみつや砂糖シロップは、加熱すると軽くて流れやすくなります。一方、エンジンオイルなどの作動油は、寒い日には粘度が高くなり、冬場の車両や機械の性能に影響を与えます。
温度が上昇すると、液体中に存在する分子の平均速度が増加し、平均分子間力も減少します。速度と温度の関係は非線形です。流体が相を変えると急激に変化します。
通常、粘度は圧力の影響を受けませんが、流体は本来非圧縮性であるため、極端な圧力下にある流体では粘度が増加する可能性があります。圧力の増加は、分子を互いに近づけることはありません。
流体は熱くなると速く流れますが、気体は濃くなります。したがって、気体の粘度は温度が上昇すると増加し、温度の平方根に比例します。これは、温度レベルが上昇すると分子間衝突の頻度が増加するために発生します。
流体の粘度は、分子のサイズ、形状、および化学的性質によって異なります。親液性コロイド溶液の粘度は高い。水の粘度も電解質の影響を受けます。少量の電解質は粘度を低下させますが、溶解した固体の量が多いと粘度が上昇します。
溶液または流体中の浮遊粒子は、粘度を増加させます。血液の粘性は、血漿中に存在する乳化コロイド系と浮遊微粒子の数に影響されます。
結論
流体力学を学ぶには、速度勾配が何であるかを知ることが重要です。速度勾配は、流体の異なる層の間の速度の差です。これは、パイプを水が流れる現象で説明できます。パイプの壁と接触している水の層は、中央の層とは異なる動きをしています。
速度勾配とは何かを知ることとは別に、速度勾配の問題を研究することも役に立ちます。トピックのより深い側面を理解し、問題を解決するのに役立ちます。
