Akışkanların günlük durumlarda davranışları ve özellikleri hakkında zaten bir sezginiz olsa da , bu makaleye görünüşte basit bir soruyla başlıyoruz: Mühendislik açısından bakıldığında, akışkan tam olarak nedir? Bilim adamları, maddenin bileşimlerini farklı şekillerde sınıflandırırlar. Bir kimyager , periyodik element tablosu bağlamında malzemeleri atomik ve kimyasal yapılarına göre sınıflandırır . Bir elektrik mühendisi, malzemeleri elektriğe tepki verme şekline göre – iletkenler , yalıtkanlar veya yarı iletkenler olarak gruplandırabilir . Makine mühendisleri, maddeleri genellikle katı veya sıvı olarak sınıflandırır.
Akışkanların Özellikleri
- Sıkıştırılabilme
İki merkez arasındaki teknik ayrım, kendilerine kuvvet uygulandığında nasıl davrandıklarına dair. Katı malzemenin davranışının bir gerilme-gerinim eğrisi ile nasıl tanımlandığını biliyoruz. Elastik bir katıdan yapılmış bir çubuk, Hooke yasasını karşılayacaktır ve uzaması, üzerine etki eden kuvvetle orantılı olacaktır. Katı bir nesneye gerilim, sıkıştırma veya kesme kuvveti uygulandığında, genellikle az miktarda deforme olur . Akma gerilimine ulaşılmadığı sürece, katı bir malzeme kuvvet kaldırıldıktan sonra orijinal şekline geri dönecektir.
Öte yandan bir akışkan, sürekli hareket etmeden bir kesme kuvvetine karşı koyamayan bir maddedir. N0 ne kadar küçük olursa olsun, herhangi bir miktarSıvıya uygulanan kayma gerilimi akışkanın hareket etmesine neden olacak ve kuvvet kaldırılıncaya kadar akmaya devam edecektir. Akışkan maddeler ayrıca sıvı veya gaz olarak kategorize edilir ve buradaki ayrım, sıvının kolayca sıkıştırılıp sıkıştırılamayacağına bağlıdır. Bir sıvıya kuvvetler uygulandığında, sıvı hareket etse bile hacim önemli ölçüde değişmez ve şeklini değiştir. Çoğu mühendislik uygulamasının amacı için, bir sıvı, sıkıştırılamaz bir akışkandır. Uçaktaki uçuş yüzeylerini kontrol eden, arazi inşaat ekipmanlarını çalıştıran ve otomotiv frenlerini kontrol eden hidrolik sistemler, basıncı sıvı hidrolik sıvısından pistonlara ve diğer aktüatörlere ileterek büyük kuvvetlerini geliştirir. İkinci sıvı kategorisi olan gazlar, bir mahfazayı genişletmek ve doldurmak için birbirinden geniş ölçüde ayrılan moleküllere sahiptir. Bir gaz kolaylıkla sıkıştırılabilir ve sıkıştırıldığında yoğunluğu ve basıncı buna göre artar. En pratik olarak, (a), sıvılar sıkıştırılamaz ve kuvvetler zaman orjinal hacmine geri hareket onlara. (b) Silindir içindeki gaz , piston ve F kuvveti tarafından sıkıştırılır .
2. Akışkanın Akış Özellikleri
Bir katı ve bir akışkan arasındaki temel fark, her birinin bir kesme kuvvetine maruz kaldıklarında nasıl davrandıklarıdır. Plaka yüzeyden küçük bir mesafe ile ayrılır ve aralarındaki sıvı ince bir makine yağı tabakası olabilir. Üst plakaya bir kuvvet uygulandığında, yağ tabakasını kaydırmaya ve kesmeye başlayacaktır. Bir akışkan, kayma gerilimine akış adı verilen sürekli bir hareketle yanıt verir.
(a) Hareketli bir plaka ile sabit bir yüzey arasında bir yağ tabakası kesilir.
(b) Sıvının kesme hareketi kavramsal olarak kişinin eli ile masa üstü arasında bastırılan ve kaydırılan bir deste karta benzer.
Bir hava hokeyi masasının üzerinde bir disk kaydığında, bir otomobil lastiği bir yol yüzeyinde su üzerinde uçarken ve bir kişi bir su kaydırağından aşağıya daldığında, iki yüzey arasında sıvı bir tabaka da kesilir. Bilgisayar veri depolama alanında, bir sabit disk sürücüsündekiokuma / yazma kafası, ince bir hava ve sıvı yağlayıcı filmi üzerinde dönen diskin yüzeyinin üzerinde yüzer. Aslında, okuma / yazma kafası ile disk arasındaki hava tabakası, sabit disk sürücüsünün tasarımının önemli bir parçasıdır ve onsuz kayıt kafasının ve manyetik ortamın hızlı aşınması ve ısınması ürünün güvenilir bir şekilde çalışmasını engelleyecektir .
3. Kaymaz Durum
Deneysel kanıtlar, mühendislik uygulamalarının çoğu için, katı bir yüzey ve onunla temas eden herhangi bir sıvı arasındaki mikroskobik seviyede kaymasız denilen bir durumun meydana geldiğini göstermektedir. Sadece birkaç molekül kalınlığında olabilen bir sıvı film katının yüzeyine yapışır ve kalan sıvı ona göre hareket eder. Yağ filmi halinde kaymama durumu akışkan en alt parça sabit olacak ve sıvı üst elemanın yanma plakası ile aynı hızda hareket anlamına gelmektedir. Yağ tabakasının kalınlığına baktığımızda, her sıvı tabakası farklı bir hızda hareket eder ve yağın hızı, kalınlığı boyunca kademeli olarak değişir. Zaman içinde üst plaka sıvı katman üzerinde sabit bir hızda kayar, Newton’un ikinci hareket yasası bağlamında denge halindedir. Uygulanan F kuvveti , sıvının plaka üzerine uyguladığı kayma geriliminin kümülatif etkisiyle dengelenir.
τ = F / A
(a) Sabit bir yüzey ile hareketli bir plaka arasında bir akışkan tabaka kesilir. (b) Sıvının hızı, kalınlığı boyunca değişir. (c) Uygulanan kuvvet, sıvının plakaya uyguladığı kesme gerilimi ile dengelenir.
4. Viskozite
Bir akışkanın sabit hareket geliştirerek bir kesme kuvvetine direnmesini sağlayan özelliğine viskozite denir . Bu parametre, tüm gazların ve sıvıların fiziksel bir özelliğidir ve bir sıvının yapışkanlığını, sürtünmesini veya direncini ölçer. Örneğin su ile karşılaştırıldığında bal ve akçaağaç şurubu nispeten yüksek viskozite değerlerine sahiptir. Tüm akışkanların bir miktar iç sürtünmesi vardır ve deneyler, çoğu durumda, kayma gerilmesinin büyüklüğünün plakanın kayma hızıyla doğru orantılı olduğunu göstermektedir. Bu maddelere Newton sıvısı denir ve bunlar,
τ = μ. s / h ……………… .. 1
Μ parametresi (küçük Yunanca karakter mu) sıvının viskozitesi olarak adlandırılır ve sıvının kayma gerilimini uçağın hızıyla ilişkilendirir.
Viskozite birimi
Birkaç yaygın sıvı için viskozite değerleri aşağıdaki Tabloda listelenmiştir. Hem SI hem de USCS’de sayısal değerler genellikle küçüktür. Viskozite özelliği sıvı mühendisliğinde sıklıkla ortaya çıktığı için, insandaki kılcal damarlardan kan akışını inceleyen Fransız doktor ve bilim adamı Jean Poiseuille (1797-1869) tarafından tanınan poise (P) adı verilen özel bir birim oluşturuldu ve adlandırıldı. vücut. Duruş şu şekilde tanımlanır:
1 P = 0. 1 kg / (ms)
Viskozite için kg / (m. S), sümüklü böcek / (ft .s) ve P birimlerinin her biri kullanılabilir. Poise ek olarak, çünkü μ için sayısal değerlergenellikle üslü üssü içerir , bazen centipoise (cP) adı verilen daha küçük boyut kullanılır. Santipoise, 1 cP = 0.01 P olarak tanımlanır. Kırkayak, oda sıcaklığında tatlı suyun viskozitesi yaklaşık 1 cP olduğu için hatırlanması nispeten uygun bir boyuttur.
Sıvının Diğer Özellikleri
Diğer sıvı özellikleri, kütle yoğunluğu, özgül hacim ve özgül ağırlığı içerir.
- Kütle yoğunluğu, ρ: Akışkanın birim hacmi başına kütle olarak ifade edilir.
- Özgül hacim, Vs: Kütle yoğunluğunun tersidir.
- Özgül ağırlık, ɣ: Sıvı birim hacminin ağırlığı olarak bilinir. ɣ = ρg
