naar boven
download articleStromingsgedrag
Inhoudsopgave
Dynamische viscositeit η
Wanneer we kijken naar twee parallele platen met oppervlak A en onderlinge afstand y, die onderling bewegen als gevolg van een kracht Factie met een snelheid v, ontstaat er een kracht Freactie tegengesteld gericht aan de verplaatsing. Deze neemt toe met toenemende dynamische viscositeit η van het medium tussen de twee platen. (fig 1)
De verhouding tussen F en A heet schuifspanning τ.
τ = F / A
De schuifspanning τ stijgt evenredig met de afschuifsnelheid D en de dynamische viscositeit η.
τ = D x η
De verhouding tussen v en y is gedefinieerd als afschuifsnelheid D.
D = v / y
Dus de resulterende dynamische viscositeit η:
η = τ / D
De dynamische viscositeit η is een karakteristieke parameter van de betrokken vloeistof en hangt af van de temperatuur. Daarom wordt de viscositeit altijd aangegeven bij de geldende temperatuur.
Stromingsgedrag van vloeistoffen
Gedrag van ideale vloeistoffen:
Vloeistoffen met een ideaal visceus stromingsgedrag worden Newtonse vloeistoffen genoemd. Het zijn visceuze vloeistoffen met lineaire moleculen. Ze hebben een proportioneel stromingsgedrag. (fig 2)
Typisch Newtonse vloeistoffen zijn: water, slaolie, melk, suikeroplossingen, honing.
Pseudoplastisch gedrag:
Het stromingsgedrag van vloeistoffen hangt af van hun fysisch-chemische eigenschappen. Door aan een zuiver oplosmiddel een vulstof toe te voegen neemt de viscositeit toe en verandert het stromingsgedrag.In het algemeen neemt, met toenemende schuifspanning, de viscositeit van oplossingen van producten met grote moleculen en van smelten af.
Dit soort stromingsgedrag wordt pseudoplastisch genoemd. (fig 3)
Voorbeelden van pseudoplastisch stromingsgedrag: gecondenseerde melk, sinaasappelsap.
Irreversibel stromingsgedrag:
Vloeistoffen die door de schuifspanning op zo'n manier vervormd zijn dat de originele structuur na de destructieve fase (afschuiftijd) niet meer hersteld kan worden, vertonen irreversibel stromingsgedrag.Het resultaat is een, van de afschuiftijd afhankelijke, blijvende verandering in de viscositeit. (fig 4)
Een voorbeeld van irreversibel stromingsgedrag: Yoghurt.
Soorten stroming
Afhankelijk van het Reynolds-getal laat de stroming door een pijp specifieke, herkenbare stromingspatronen zien met verschillende fysische eigenschappen.In dit verband is het ontstaan van een laminaire of turbulente stroming van bijzonder belang.
Laminaire stroming
Bij laminaire stroming bewegen de deeltjes in een rechte stroomlijn parallel aan de pijp-as zonder te worden vermengd. (fig 5)
De ruwheid van de binnenzijde van de pijpwand heeft geen effect op het weerstandsverlies.
Laminaire stroming komt hoofdzakelijk voor bij hoog-visceuze vloeistoffen.
Het verlies aan opvoerhoogte is lineair met de stroomsnelheid.
Turbulente stroming
Bij turbulente stroming worden de deeltjes gemengd vanwege de beweging langs de pijp-as transversale beweging. (fig 6)
De ruwheid van de binnenkant van de pijp heeft veel effect op het weerstandsverlies.
Turbulente stroming komt hoofdzakelijk voor bij water of vloeistoffen vergelijkbaar met water.
Het verlies aan opvoerhoogte is kwadratisch met de stroomsnelheid.
Reynolds-getal
Het Reynolds-getal beschrijft de relatie tussen de stroomsnelheid v, de viscositeit η en de inwendige diameter van de pijp di.Het Reynolds-getal is dimensieloos.
Re = (v * d * ρ) / η
Stroomsnelheid v [m/s]
Viscositeit η [Pa s]
Inwendige pijpdiameter di [mm]
Dichtheid ρ [kg/dm3]
Viscositeit η [Pa s]
Inwendige pijpdiameter di [mm]
Dichtheid ρ [kg/dm3]
Bij de Reynoldswaarde 2320 gaat de laminaire stroming over in een turbulente stroming.
Voorbeeld:
Per seconde stroomt 2 liter azijnzuur door een pijp met een doorsnede van 50 mm.
Het azijnzuur heeft een dynamische viscositeit van η = 1.21 mPa s = 0.00121 Pa s en een dichtheid van 1.04 kg/dm3.
Is de stroming laminair of turbulent?
De gemiddelde stroomsnelheid bedraagt:
| Q [l/s] | |
| v = Q / A = Q / (¼ πd2) = (2 * 1000) / (502 * π / 4) = 1.02 m/s | d [mm] |
| v [m/s] |
Daarmee is het Reynolds-getal:
Re = (v * d * ρ) / η = (1.02 * 50 * 1.04) / 0.00121 = 43834
Het Reynolds-getal is groter dan de kritische waarde Rekrit=2320. De stroming is dus turbulent.
bedrijven