تبلیغات


مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - ویسکوزیته Viscosity


امروز :
مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت

ویسکوزیته

قبلاً ضمن تعریف كردن مفهوم مایعات سیال ، تذكر دادیم كه مایعات سیال نمی توانند در برابر فشارها و استرس های پارگی و قیچی كردن مقاومت كنند با این وجود هنوز هم بین مولكول های مایعات سیال ارتباط منسجم و فعل و انفعال وجود دارد .

در نتیجه آن تمام مایعات سیال دارای خاصیت ویسكویستی ( چسبندگی ) هستند. ویسکوزیته یك مایع سیال در تجزیه و تحلیل حركت و جنبش مایعات سیال نزدیك یك مرز جامد یك خاصیت و ویژگی بسیار مهم است. وقتی دو لایه مایع سیال ، كه از هم یك ف اصله dy  مسافت دارند با سرعتی های متفاوت به سمت یكدیگر حركت می كنند با تصور u و (u + du ) به نمودار  1/1 مراجعه كنید در این حالت ویسكوسیتی با هم با سرعت نسبی باعث ایجاد یك استرس برش و شكاف بین لایه های مایع سیال می شود كه به اجرا در می آید و عمل می كند. لایه بالاتر كه با سرعت زیاد در حركت است باعث ایجاد یك فشار و استرس برش و شكاف بر روی لایه پایین تر در سمت مثبت u  می شود كهب اسرعت كم و آرام در حركت است.

به همین شكل لایه پایین تر باعث بروز و ایجاد یك فشار و استرس برش و شكاف در سمت مخالف روی لایه بالاتر می شود. این استرس و فشار برش و قطع و شكاف به صورت علامت τ ( Tau ) بین لایه های مایع سیال غیر متلاطم شناخته و مشخص می شود كه در خطوط موازی و مستقیم در حركت است و با درجه تغییر و تحول سرعت در ارتباط با y متناسب است این را می توان به شكل زیر نوشت .

با معرفی كردن ثبات تناسب یا قرینه  μ رابطه  3/1 را می توان چنین نوشت :

این معادله قانون ویسکوزیته نیوتن نام دارد و مایعات سیال كه از این قانون پیروی و دنبال می كنند به مایعات سیال نیوتنی معروف هستند. ثبات و پایداری تناسب یا قرینه u  به ضریب ویسکوزیته دینامیك یا فقط به ویسکوزیته معروف است. در شكل و تركیب به طرف دیگر معادله بودن معادله 4/1 به معادله زیر تبدیل می شود .           

بعداً نشان خواهیم داد كه  du/dy  نشان دهنده و نماینده درجه و سرعت از شكل افتادن و بی نظم شدن زاویه ای است. بنابراین ویسکوزیته دینامیك را می توان به عنوان استرس و فشار برش معنی كرد كه برای تولید درجه و سرعت واحد از شكل افتادن زاویه ای لازم است به خاطر خاصیت ویسکوزیته مایع سیال به مرز می چسبند بنابراین اگر مرز ثابت و یكسان باشد ( بی حركت) سرعت مایع در آنجا صفر است در مكانیك جامدات یك مقیاس یا اندازه گیری حجم و گنجایش قطع و پرش حالت ارتجاعی كه با ضریب ویسکوزیته دینامیك مایعات سیال مشابه می باشد به عنوان استرس و فشار قطع و برش معنی و تعریف می شود كه لازم می باشد برای تولید و ایجاد از شكل افتادگی زاویه ای واحد ( یك رادیان ) یك اختلاف و تفاوت مشخص بین یك جامد و یك مایع سیال نیوتنی وجود دارد به طریقی كه هنگام قرار گرفتن در معرض و در تحت یك استرس و فشار برش و شكاف آنها واكنش نشان می دهند تحت استعمال و به كار رفتن استرس و فشار برش و شكاف یك جامد از شكل خارج می شود و بی نظم می شود تا زمانیكه مقاومت درونی برش و شكاف با استرس و فشار برق و قطع به كار برده شده در خارج و در بخش بیرونی برابر باشد. سپس آن در توازن است . یك مایع سیال از طرف دیگر، به بی نظم شدن و از شکل افتادن ادامه می دهد تا زمانیکه استرس وفشار برش وقطع بکار برده شود . بنا براین ،مجموع کل از شکت افتادگی در جامدات امری مهم است ، اما درجه وسرعت از کار افتادگی در مایعات سیال مهم است . مایعات سیال معمولی و رایج نظیر هوا ، آب ،گل سیرین ونفت سفید از معادله 4/1 پیروی ودنبال می کنند.

ویسکوزیته یک مایع سیال یک عملکرد و نقش دما بطور عمده واساس وفشار بطور خیلی کم و جزئی است. در اکثر موارد ، وا بستگی به فشار ناچیز وکم است . ویسکوزیته یک گاز همراه با افزایش دما افزایش می یابد در حالیکه در مایعات ، ویسکوزیته همراه با افزایش دما کاهش می یابد . این امر به این دلیل است که ویسکوزیته مایعات توسط نیروها وعوامل منسجم وچسبنده بین مولکول های مایعات تحت کنترل وچیرگی قرار دارد در حالیکه فعالیت مولکولی گازها یک نقش مهم و حاکم در وجود ویسکوزیته گازها ایفا می کند. در مایعات ، مولکول ها خیلی نزدیک به هم قرار دارند و در نتیجه عوامل ونیروهای منسجم وچسبیده به هم ،همچنین بزرگ و وسیع هستند . انسجام وپیوستگی کاهش می یابد با افزایش دماو بنابراین ویسکوزیته مایع با افزایش دما میل به کاهش پیدا می کند . در گازها عوامل ونیروهای منسجم وبهم پیوسته بسیار کم وکوچک هستند و وجود ویسکوزیته بیشتر به خاطر انتقال جنبش مولکولی به جای عوامل منسجم وبه هم پیوسته می باشد . فعالیت مولکولی افزایش می یابد همراه با افزایش دما که منجر به افزایش ویسکوزیته می شود.

وقتی که بی حرکت هستند. ، هیچ گونه حرکت وجنبش نسبی لایه های مجاور ونزدیک وجود ندارد و بنابراین استرس دما وفشار های برش وقطع وجود ندارد. بنابراین ، ویسکوزیته در مطالعه مایعات بی حرکت مهم وموثر نیست . این واقعیت مطالعه استاتیک های مایعات را تا حد زیادی ساده وآسان می کند . آن هنگامی است که یک حرکت وجنبش نسبی بین لایه ها مختلف مایع (مایعات) وجود دارد که ویسکوزیته نمایان می شود ومتجلی می گردد. ابعاد ویسکوزیته را می توان از معادله5/1 پیدا کرد ودید.

به طور متناوب می توان نشان داد که ابعاد μرا می توان بصورت یا بر حسب kg/ms  بیان کرد. ویسکوزیته دینامیک همچنین می توانبرحسب واحد های  poise (پواز) بیان کرد . یک   poise  برابر است با 0.10N s/m2 . از آنجا ئیکه اکثر مایعات دارای ویسکوزیته های کم هستند ، یک واحد contipoise ( سانتی پواز ) که یک صدم یک پواز است به طور معمولی و رایج به کار می رود . آن یک مزیت و برتری دیگری دارد :آب یک ویسکوزیته برابر با یک سانتی پواز در دمای C020 نشان دهنده وسیکوزیته آن مایع در ارتباط یا به تناسب آب می باشد . در بسیاری از مسائل جریان  مایعات ، تناسب ویسکوزیته با تراکم و چگالی جرم بارها و دفعات زیادی ظاهر و پدیدار می شود که ویسکوزیته نیروی جنبشی نام دارد و توسط علامت υ (Nu) بیان می شود .ویسکوزیته نیرویی جنبشی دارای ابعاد طولی و زمانی مانند نیروهای جنبشی riz است.

واحد دیگر ویسکوزیته نیروی جنبشی استوک [ cm2/s ] است . سانتی استوک که یک صدم استوک است اغلب یک واحد ویسکوزیتی نیروی جنبشی راحت تر می باشد .

ویسکوزیته مایعات خالص تحت تأثیر تعلیق ذراتی ( مانند گل و لای و لجن ، خاک رس ، شلول های خون قرمز و غیره) و مواد حل شده نظیر الکترولیت ها و ترکیبات ارگانیک می باشد .وقتی مادة ریز و ظریف در یک مایع تعلیق می شود که باعث ایجاد یک تعلیق ثابت می شود ، ویسکوزیته دینامیک آن مایع دیده می شود که افزایش پیدا می کند . برای تغلیظ های کم و پایین مادظ تعلیق شده ، تعلیق نتیجه شده در حکم یک مایع سیال نیوتنی عمل می کند ، ویسکوزیته آن ( mμ ) توسط معادله انیشتین داده می شود .که Cv غلظت یا تغلیظ حجم مطلق ماده تعلیق شده است و (μ ) ویسکوزیته مایع روشن و صاف است ، برای تغلیظ های بیشتر شخص میتواند از معادلة وارد استفاده کند.

در حالیکه معادله انیشتین توصیه می شود که برای تغلیظ برابر با 3/0 به کار برده شود ف معادله وارد را می توان برای ارزش های بیشتر به کار برد . با محلول رقیق الکترولیت ها ( غلظت های مولار cm زیر mol/m3 10/0 ) ویسکوزیته دینامیک براساس رابطة تجربی و آزمایشی متغیر و متفاوت است .

که A از 005/0 تا 02/0 دیده می شود که در نوسان و متغییر است و B کمتر از 50/0 است . در غلظت های بالا و زیاد و یا وقتی که ذرات تعلیق شده انعطاف پذیر و ارتجاعی هستند ( برای مثال مولکولهای زنجیر طولانی و دراز سلول های خون قرمز ) ، مایع سیال مانند قانون و قاعده نیوتون عمل و رفتار نمی کند . در هر حال بعضی از مایعات سیال وجود دارند که از قانون ویسکوزیته نیوتن پیروی و دنبال نمی کنند . این مایعات را بر اساس رابطظ بین برش و قطع و درجة از شکل افتادگی (du/dy) طبقه بندی و گروه بندی می کنند . پلاستیک های ایده آل یا پلاستیک های بینگ هام با این واقعیت مشخص و شناسایی می کنند که آنها دارای یک استرس و فشار تولیدی معینی و قطعی هستند که افزون بر این استرس ، فشار و استرس قطع و برش به طور طولی به (du/dy) مرتبط می باشد یا              حفره گل و لای ، لجن های فاضلاب ها ، مواد آبکی و اهکی صخره های سیمانی و تعلیق جامدات دانه ای شکل در تلغیظ های بالا مانند پلاستیک های بینگ هام رفتار میکنند . مایعات آهیگزوتروپیک آن دسته از مایعاتی هستند که در آنها رابطة بین برش یا قطع و درجه و سرعت از شکل افتادگی غیر طولی است فراتر از یک فشار و استرس تولید معین و مشخص است . به طور کلی مایعات سیال غیر نیوتنی آن دسته از مایعاتی هستند که در آنها هیچ گونه استرس و فشار تولید وجود ندارد و رابطه بین  τ و (du - dy  ) غیر طولی است .

در این معدله K یک ثابت و پایدار متناسب و هم آهنگ است و ضمینة n ممکن است بین صفر و بیشتر از واحد یا اتحاد متغییر و متفاوت باشد . مایعات سیال با داشتن n به میزان کمتر از واحد پلاستیک های کاذب یا p سود و نامیده می شوند . مایعاتی نظیر شیر ، خون ، و کولویدها مانند خاک رس و ژلاتین ، مانند پلاستیک های کاذب رفتار می کنند .

مایعات سیال دیلاتانت (متسع کننده ) میزان  n بیشتر از واحد در آنها است . یک ویژگی و خصوصیت معمولی و مشترک این مایعات سیال این است که در استرس و فشار برش و قطع کم و پایین ( سرعت پایین و کم ) مانند مایعات سیال نیوتنی رفتار می کنند اما مانند یک جامد در مقادیر بیشتر بیشتر رفتار می کنند . محلول آبکی کوارتز دانهای شده یا تراشیده شدة نرم و ریز و محلول شکر تلغیظ شده چند نمونه و مثال از مایعات سیال دیلاتانت هستند . مایع سیالی که دارای ویسکوزیته نباشد ، قابلیت کمپرس و فشردگی و تنش سطح به عنوان مایع سیال ایده آل شناخته می شود . مایع سیال ایده ال یک موضوع قابل بحث در هیدرودینامیک کلاسیکی است . حتی اگر چه هیچ گونه مایع سیال وجود ندارد که واقعا بتوان یک مایع سیال ایده آل نام گذاری کرد ، اما مایعات سیالی که دارای ویسکوزیته کم هستند میتوان به عنوان مایعات شیال ایده آل با آنها رفتار کنیم و تجزیه و تحلیل از جریان و جاری شدن چنین مایعات شیال میتوان در یک طبقه خاص و ویژة مسائل ساده کرد. تمام مایعات سیال که دارای ویسکوزیته هستند به عنوان مایعات سیال واقعی معروف هستند و شناخته می شوند . 

آرشیو مطالب
نظر سنجی
میخواین کجا کار کنین؟










صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ