Viskozite
Viskozite, bir akışkanın kayma deformasyonuna karşı iç direncini ölçer. Yoğunlukla aynı kavram değildir; benzer yoğunluktaki iki sıvı çok farklı akış kolaylığına sahip olabilir.
Etkileşimli hesaplama
Model ve temel bağıntı
Newtonyen akışkanda kayma gerilmesi τ=η dv/dy olur. Polimer, süspansiyon ve başka Newtonyen olmayan maddelerde bu doğrusal ilişki geçerli olmayabilir.
Bağıntı her zaman varsayımlarıyla birlikte okunmalıdır. SI birimleri, vektörlerin yönü ve referans sisteminin seçimi yalnızca gösterim ayrıntısı değildir; gerçekte hangi büyüklüğün hesaplandığını ve denklemin ek terim olmadan kullanılıp kullanılamayacağını belirler.
Fiziksel anlam
Silindirik boruda laminer akış için Poiseuille yasası Q=πΔPr⁴/(8ηL) verir. r⁴ bağımlılığı, yarıçapı hidrolik direnç açısından son derece etkili yapar.
Fiziksel resim bir formülü ezberlemekten daha değerlidir. Hangi büyüklüğün enerji ya da momentum taşıdığını, hangi etkileşimin yanıtı oluşturduğunu ve hangi simetrinin problemi sadeleştirdiğini sormak gerekir. Böylece işaretin ve mertebenin anlamı açık hâle gelir.
Sonucu ne değiştirir
Çoğu sıvıda sıcaklık arttıkça viskozite azalır; gazlarda ise genellikle artar. Bu nedenle viskozite değeri sıcaklık belirtilmeden karşılaştırılmamalıdır.
İyi bir nicel denetim önce orantılara bakar. Bir uzunluk iki katına çıkarsa, kütle artarsa ya da alan şiddeti değişirse bağıntı sonucun doğrusal mı, karesel mi yoksa ters orantılı mı değişeceğini hemen gösterir. Bu, sayısal işlemden önce güçlü bir tutarlılık testidir.
Sınırlar ve ölçüm
Reynolds sayısı eylemsizlik ve viskoz etkileri karşılaştırarak akışın laminer mi türbülanslı mı olacağını değerlendirmeye yardım eder. Her geometri için tek bir evrensel kritik değer yoktur.
Gerçek sistemlerde kayıplar, düzensizlikler ve ölçek sınırları bulunur. Ölçüm belirsizlikle birlikte yorumlanmalı ve ideal yaklaşımın hâlâ yeterli olup olmadığı sınanmalıdır. Küçük bir sapma mutlaka hesap hatası değildir; modelin doğal sınırını gösterebilir.
Yorum ve uygulama
Viskozite basınç düşümü, düşen küre veya dönel kayma yöntemleriyle ölçülebilir. Yöntem, akışkanın Newtonyen olup olmamasına ve incelenen kayma hızı aralığına göre seçilir.
Uygulamada sonucu üç bağımsız yoldan denetleriz: boyutlar, işaret ve sınır davranışı. Bir parametre sıfıra yaklaşırken veya çok büyürken öngörü fiziksel olarak anlamlı kalmalıdır. Bu kontrol çoğu zaman aritmetiği baştan yapmaktan daha hızlı hata bulur.
Çözümlü alıştırmalar
Alıştırma 1
Hesaplayın: Poiseuille yasasını uygulayın. Verilenler: r → 2r.
Çözüm: Q → 16Q
Alıştırma 2
Hesaplayın: Poiseuille yasasını uygulayın. Verilenler: η → 2η.
Çözüm: Q → Q/2
Alıştırma 3
Hesaplayın: Poiseuille yasasını uygulayın. Verilenler: ΔP → 3ΔP.
Çözüm: Q → 3Q