گرانروی چیست؟ - رویان صنعت

گِرانرَوی ،لِزْجَت، وُشکسانی یا ویسکوزیته (به فرانسوی: Viscosité )، عبارت است از مقاومت یک مایع در برابر اعمال تنش برشی. در یک سیال جاری (در حال حرکت)، که لایه‌های مختلف آن نسبت به یکدیگر جابجا می‌شوند، به‌مقدار مقاومت لایه‌های سیال در برابر لغزش روی هم گرانروی سیال می‌گویند. هرچه گرانروی مایعی بیشتر باشد، برای ایجاد تغییر شکل یکسان، به تنش برشی بیشتری نیاز است. به‌عنوان مثال گرانروی عسل از گرانروی شیر بسیار بیشتر است.

با افزایش دما لزجت سیالات مایع کاهش می یابدولی در گازها، قضیه برعکس است، البته درصد تغییرات آن برای سیالات مختلف متفاوت است.

انواع ویسکوزیته

ویسکوزیته دینامیکی

ویسکوزیته دینامیکی خاصیتی از سیال است که در برابر جریانهای برشی ایجاد مقاومت میکند این جریانها در جایی به وجود می آیند که لایه های سیال دارای سرعتهای مختلفی باشند. برای درک بیشتر این خاصیت یک جریان ایده ال مانند جریان کوئت را در نظر بگیرید در این نوع جریان سیال بین دو صفحه محبوس شده است که صفحه بالایی با سرعت ثابت در حال حرکت است.در این نوع جریان اگر سرعت صفحه بالایی به اندازه کافی کوچک باشد ذرات سیال به صورت موازی با صفحه حرکت میکنند، سرعت ذرات سیال از صفر در صفحه پایینی تا سرعت مساوی سرعت صفحه بالایی به صورت خطی تغییر پیدا میکند. با توجه این حالت ذرات سیال با سرعتهای مختلفی بر روی یکدیگر حرکت میکنند بنابراین نیروی مورد نیاز برای حرکت دادن سیال متفاوت است این نیرو متانسب با سرعت سیال افزایش پیدا میکند بنابراین برای یک سیال نیوتنی رابطه تنش و گرادیان سرعت یا همان تغییر شکل به صورت خطی است که این خطی بودن با ویسکوزیته دینامیکی ایجاد میشود.

ویسکوزیته جنبشی

ویسکوزیته جنبشی را به ضریب نفوذ مومنتم مینامند و حاصل تقسیم ویسکوزیته دینامیکی به چگالی است.
ν=μ/ρ
تفاوت ویسکوزیته دینامیکی و ویسکوزیته جنبشی در نحوه برخورد با مسائل است به عنوان مثال در مسائلی که بررسی رفتار بین ملکولی و تعمیم آنها به خاصیت مکانیکی مد نظر است از ویسکوزیته دینامیکی استفاده میشود و در مسایلی که حرکت سیال اهمیت دارد از ویسکوزیته جنبشی اهمیت دارد.

ویسکوزیته بالک

هنگامی که یک سیال تراکم پذیر به صورت ناگهانی انبساط یا انقباض پیدا میکند، بدون برش، نوع دیگری از ویسکوزیته داخلی نمایان میشود که ویسکوزیته بالک نامیده می شود این ویسکوزیته با نرخ افزایش و یا کاهش حجم متناسب است این نوع ویسکوزیته به ویسکوزیته نوع دوم هم شناخته میشود. این نوع ویسکوزیته هنگامی خود را نشان میدهد که تغییر حجم ناگهانی در سیال رخ دهد مانند جریانهای صوتی و یا شاکها.

سقوط در سیال گرانرو

سرعت سقوط در سیال گرانرو از فرمول زیر بدست می‌آید:

nu_s = frac{2R^2 g(rho-rho_L)}{9eta}

که در آن

nu_s

سرعت سقوط یا رسوبگذاری است.

R شعاع جسم درحال سقوط (به شرط کروی بودن جسم)

rho

چگالی جسم

rho_L

چگالی مایع گرانرو

eta

ضریب گرانروی

یکاها

ویسکوزیته دینامیکی

واحد ویسکوزیته در هر دو واحد اندازه گیری SI و CGS به افتخار دانشمند برجسته پوازیه PI و P در نظر گرفته شده است. در واقع این واحد که کمتر در واحد SI استفاده شده است با Pa.s برابر است.
واحد پویز در واحد CGS بیشتر استفاده میشود.

بنابراین برای واحدهای مختلف داریم:
۱ PI=1 Pa.s=((N.s))/m^2 =kg/(m.s)
۱ P=0.1 Pa.s=0.1 ((N.s))/m^2 =0.1 kg/(m.s)
۱ cP=1m Pa.s=0.001 Pa.s=0.001 ((N.s))/m^2 =0.001 kg/(m.s)

ویسکوزیته جنبشی

واحد ویسکوزیته جنبشی در دستگاه متریک m^2/s است.

در واحد CGS اما این واحد متفاوت است و به افتخار دانشمند گرانقدر استوکس، به همین نام یعنی استوکس نامگداری شده است.

روابط زیر برقرار است.

۱ St=1 cm^2⁄s=10^(-4) m^2⁄s

۱ cSt=1 mm^2⁄s=10^(-6) m^2⁄s

به عنوان مثال آب در ۲۰ درجه سانتی گراد ویسکوزیته برابر ۱cSt دارد.

ویسکوزیته جنبشی به ضریب نفوذ مومنتم گفته میشود همانند ضریب نفود گرما و یا ضریب نفوذ جرم.

مقادیر

گازها

گاز	$C$ [K]	$T_0$ [K]	${mu}_0$ [۱۰^-۶ Pa s]
هوا	۱۲۰	۲۹۱٫۱۵	۱۸٫۲۷
نیتروژن	۱۱۱	۳۰۰٫۵۵	۱۷٫۸۱
اکسیژن	۱۲۷	۲۹۲٫۲۵	۲۰٫۱۸
کربن دی‌اکسید	۲۴۰	۲۹۳٫۱۵	۱۴٫۸
کربن مونوکسید	۱۱۸	۲۸۸٫۱۵	۱۷٫۲
هیدروژن	۷۲	۲۹۳٫۸۵	۸٫۷۶
آمونیاک	۳۷۰	۲۹۳٫۱۵	۹٫۸۲
گوگرد دی‌اکسید	۴۱۶	۲۹۳٫۶۵	۱۲٫۵۴
هلیم	۷۹٫۴ ^[۲]	۲۷۳	۱۹ ^[۳]