8. Reológia3: összetett viselkedés

Átírás

1 8. Reológia3: összetett viselkedés Bigam, ált. Bigam Nem-ewtoi viszkozitás összefoglalása ált. Bigam áamlása csőbe (levezetés Kolloid edszeek, biológiai edszeek Reometia (plasztikus, ugalmas, viszkózus Számítógépes eszközök -adatfeldolgozás: Excel, Wolfam, Matcad, Matlab -3D modellezés: Asys

2 Nem-ewtoi viszkozitás: Bigam, általáosított Bigam Newto: Bigam: τ = η v τ η v + τ τ τ = Általáosított Bigam: τ = η + ( v τ τ τ méök: kiméi az összefüggést fizikus: modellezi azt (a tudja koodiáták? szek.vizsk: v ő, viszkozitás csökke látszólagos viszkozitás, meedekség

3 Nem-ewtoi viszkozitás Newto Bigam ált. Bigam τ = η v τ = η v + τ τ = η ( v + τ Szekezeti viszkozitás: < (gyökös: viszk. csökke (jogut Dilatacia: > (égyzetes: viszk. ő (PVC paszták, sziliko

4 A viszkozitás álladó v -él is változat, az idővel (mukával aáyosa Tixotópia: teelésko a viszkozitás csökke: ketcup, jogut Reopexia: teelésko a viszkozitás ő: kukoicakeméyítő-víz No-Newtoia Costac Recipe: ttp://

5 Tixotópia: ayag viszkozitása csökke yíó igéybevétel, pl. keveés ideje alatt. Ha akeveést megszütetik, egy idő utá kisebb, vagy agyobb eltééssel visszaáll a kiidulási viszkozitás. Akolloid stuktúa (gél-szekezet yíással való leombolás utá (szol-állapot egeeálódi képes. Példái: kecup, jogut, magai, zselatioldat, méz, vizes omokpat, tapétaagasztó

6 A másodlagos kötőeők által stabilizált álózat alakul ki, ami biztosítja a agy viszkozitást. Ezek a kötőeők olya eősek is leetek, ogy az ayag yugalmi állapotba szilád (pl. a idege is keető magaiok. A tixotóp élelmiszeek általába zsí vagy olajszeű micellákat tatalmazó kolloid edszeek, de ide tatozik számos kozmetikai temék is (balzsamok, csíkos fogkémek. Nyugalmi állapotba a micellák (pl. kisméetű olajcseppek közötti vozóeők egy micellaálót alakítaak ki, amit leombol a külső mecaikai eőatás, de az eőatás megszűtével a álószekezet képes egeeálódi. Így a magai szilád a dobozba (yugalmi állapot, jól keető (yíás, majd ismét yugalmi elyzetbe keülve úja megsziládul, szembe a vajjal, ami em tixotóp és csak észbe megolvadva keető. (

7 Tixotópia méése: iszteézis-uok külöböző yíóeőke iszteézis-uok kül. idő alatt azoos v max kül. v max azoos idő alatt

8 Tixotópia méése: Milye függvéye az időek? Plasztikus viszkozitás változása tf. fodította aáyos az idővel τ τ0 dη ηpl := pl B v dt t Tixotóp letöés együttatója álladó: dη B = pl t dt Redezés és itegálás utá: t dt = dη pl l t B t 2 η η = B pl,2 pl,

9 Kozisztecia-változók (Bigam Newto-folyadék (H-P: π p 4 I V = 8 η l kozisztecia-változók: 4 IV y = p 3 x π ewtoia: = 2 l y = x η Ostwald-féle göbe áam = e eő I = U R

10 Alkalmazás: ált. Bigam közeg csőbe (több levezetés em lesz /4 Newto folyadék csőbe való lamiáis áamlásáa a yíófeszültség aáyos a sugáal. Sebességeloszlása paabolikus. τ 2π l = p 2 π τ =η v Plasztikus (Bigam közeg atáfeszültség alatt em folyik. Az azoos sebességgel aladó dugó sugaa számolató: τ = η v + τ l = 2 τ p τ = η ( v + τ τ = p 2 l v τ v τ v τ

11 Ált. Bigam közeg sebességpofilja csőbe 2/4 egyeletéből fejezzük ki asebességesést: dv τ τ τ = η ( v + τ = ( d η beelyettesítve afeszültségeket (deivált egatív: τ új változó bevezetésével itegálva: = p 2 l := d v( R p = ( 2lη τ = p 2 l ( ( d dd = d = d d d dv d v( d p = ( ( 2lη p = ( 2lη R ( d d d p = ( 2lη ( + = K R = 0KR d d + R

12 apimitív függvéybe aatáokat beelyettesítve: az azoos sebességgel aladó dugó sebessége és sugaa atéfogatáam általába és a em számoluk az elcsúszó szélső éteggel: ( (( 2 ( ( R l p v = η R l p v ( 2 ( ( + + = η R d d l p v + = + ( 2 ( ( η d := + = = R V d v d v d v I π π 2 ( 2 ( ( 0 p l τ = 2 ( 2 V v I = π

13 Asebesség: a Ez ideális, Newto-féle folyadéka -> paabolikus sebességeloszlást és ahage-poiseuille tövéyt adja vissza: = v τ η τ + = ( v =η τ ( 4 ( 2 2 R l p v = η ( l p d v I R V = = η π π = 0 τ 0 = ( (( 2 ( ( R l p v = η >

14 Tipikus közegek: Kolloid edszeek Diszpez (eteogé, többfázisú Kolloid: m folyadék közegbe folyadék (emulzió sziládba folyadék (szilád emulzió folyadékba gáz (ab majoéz tejszíab zselé

15 \ fázis: \ közeg: \ Kolloid edszeek példái gáz folyadék szilád gáz (aeoszol Aeoszol: köd Aeoszol: füst folyadék (lioszol, liogél Hab: kelt tészta tojásfeéje-, tejszí-, sö-ab Emulzió: tej, vaj, jogut, kefí tojásságája, magai, majoéz Szuszpezió: gyümölcslé, bo, fodat, csoki szilád (xeoszol, xeogél Szilád ab: sült tészták selyemcuko, töökméz Szilád emulzió: sajt (kazei, aszpik (zselati, zselé (pekti, aga-aga, pudig (keméyítő Záváy: istat kakaópo, teljes kiőlésű liszt gillázs, csoki Szol: ikább folyadék, Gél: ikább szilád Gélképzők (feéje-: kazei (tej, zselati (kötőszövetből kollagé, szójafeéjék; (széidát alapú: pekti (pl. alma, aga-aga és kaageátok (tegei vöösmoszat, keméyítő (széidát, guagumi (guabab magja

16 Biológiai edszeek viselkedése még boyolultabb A legegyszeűbb edszeek, pl. a vé, mit viszkoelasztikus kolloid diszpezió eológiai tulajdoságai is sok köülméytől függeek. A plazma és a vétéfogat felét kitevő vöösvétestek (d=7 8 μm, =2 3 μm, 5 millió/mm 3 yugalmi állapotú aggegációja (almozódása utá, yíóeó atásáa, övekvő sebességesésél a dezaggegáció (étegeke botás miatt a viszkozitás (0,Pa s és a defomálatóság csökke. (víze η= cetipoise= mpa s. A viszkozitás függ io-kocetációtól, cuko-, megfőzött állati poteiek-, omogéezett tej- (ezimatása kazei beépülés, többszööse telítetle, idogéezett olajok fogyasztásától, más szóval midetől. Az elaszticitás omális működés eseté a véáam sebességével eyé csökke. Ugyaakko pusztá a vésejtek defomálatóságáak csökkeése, a ajszáleek miatt magas véyomást okoz. A vé eológiai jellemzőiek változása sok betegség következméye és oka.

17 youtube: Fao Flow Plasztikus folyás: pl. tojásfeéje Time Wap No Newtoia Fluid Szüet Reopexia: teelésko a viszkozitás ő pl. kukoicakeméyítő - víz No-Newtoia Fluid o a Speake Coe

18 Reometia: Plasztikus tulajdoságok ipai méése kozisztométe VR[s]=t (adott őm. és távolsága teülés-méő ejtőasztal beto vizsgálatáa Casagage csésze yíó-doboz

19 Reometia vizsgálati módszeei Statikus vizsgálat: álladó eőatás mellett a J(t=ε(t/σ 0 ézékeység (lágyság (ceep compliace álladó defomáció mellett a μ(t=σ(t/ε 0 elaxációs modulus (elaxatio modulus Diamikus (amoikus vagy impulzus teelés: gejesztő eő (agszóó, ultaag jeladó atásáa ε(t defomáció defomáció (csegőedukto eseté σ(t feszültség méése

20 Reometia: Rugalmas tulajdoságok Rugalmas és viszkoelasztikus edszeeket vizsgálak úzó-, yomó-, ajlító- / yíó-, csavaó- teeléssel.

21 Peetométeek: keméység, stiffess, adess Magess-Taylo peetométe számítógépes keméységméő (Fekete Adás, szabadalom pecíziós peetométe: SMS: Stable Mico Systems textue aalyse

22 Temiológia: ayagtudomáy <-> teméyek peetométees viszgálata σ sz szakítási sziládság σ ugalmasság atáa (folyásatá

23 Biofolyásig: σ=e B ε Rocsolásig: E B = σ ε B B a σ < σ B σ=e R ε+ σ 0 E R σ 0 a σ B < σ < σ R σ R σ B = ε R ε B = σ R E ε R R

24 Reometia: Viszkozitás méése Kapilláis viszkoziméteek köülméyei defiiálatók a legpotosabba, a gyakolatba aszált viszkoziméteek közül. Newtoi edszeek eseté a Hage-Poiseuille tövéy alapjá számítató a viszkozitás. Feltételei:. az áamlás lamiáis (Re agyságedekkel legye kisebb, mit 2320, 2. súlódás okozta őveszteség elayagolatóa veszteségi yomás a elyzeti és kiematikai eegiákból számítatóa cső végtele osszú, 3. kellőe egyeletes átméőjű, 4. fal meté a folyadék-sebesség ulla (ewtoi folyadéka ige, de pl. fáziskolloidokál, liogélekél em teljesül. További fotosabb ibafoások: őméséklet, felületi feszültség, gavitációs álladó. A ewtoi edszeeke aszált abszolút vagy elatív (pl. Ostwald-Feske méési módszeek mellett, a szekezeti viszkozitású edszeek vizsgálatáa speciális viszkoziméteeket alkalmazak. Eze mééseledezéseke éáy példa: Tsuda viszkoziméte: szabályozató a yíóeő Umstätte-féle szekezeti viszkoziméte: agyobb yíófeszültségeke Bigam és Muay plasztométee: széles köűe alkalmazott Aveso viszkoziméte: plasztikus és pszeudoplasztikus edszeeke agy p Kuss viszkozimétee: ige agy yomása (cseppfolyósított gázoka 2000 atm-ig

25 Esősúlyos viszkoziméteek működési elve ewtoi közegeke a Stokes tövéye alapul. Feltételei:. a golyó mozgása lassú (Re<0,05 kell teljesüljö 2. a folyadék végtele kitejedésű (fal atásáak Faxé-koekciója 3. a folyadék tökéletese omogé (ewtoi közege feltételezető 4. a gömb meev (feltételezető 5. a sebesség egyeletes (kezdeti gyosulás osszabb bevezető szakasszal kiküszöbölető 6. a folyadék edvesíti a golyót, ics csúszás (ewtoi közegél teljesül, em teljesül egyes kolloidokál, liogélekél, aol a kis viszkozitású kompoes kiválása csúszást okozat A ewtoi közegek méésée alkalmazott viszkoziméteek éáy példája: Höpple-féle (kéyszemozgásos, 80, Gibso-féle, Heiz-féle, Kotjakov-féle (agyyomású, Fitz és Webe féle (3000 atmoszféáig, Kiesskalt-féle, végül a gázbuboékos Cadee-Holdt és Cocius viszkoziméteek. Szekezeti viszkozitás vizsgálatáa eltejedt Höpple-féle kozisztométe léyege, ogy a vizsgált ayago átaladó esősúlyt, ozzá ögzített vezetőúdo keesztül változtatató métékbe teeletjük. A beedezéssel méető a viszkozitás, szekezeti viszkozitás, plaszticitás, folyási atá, eopexia, tixotópia és dilatacia. Kisebb szekezeti viszkozitású közegek vizsgálatáa alkalmas műsze a Höpple-féle eoviszkoziméte és a Williams-féle páuzamos-lemezes plasztométe.

26 Rotációs viszkoziméteek eseté kocetikus ege felületek között elyezkedik el a közeg. A belső ege fogatásával, az adott szögsebességez szükséges fogatóyomatékot méjük. Hibatéyezői asolítaak az eddig tágyalt típusokéoz:. Tubulecia (Taylo-áamlás gyűűs övéyeiek kiküszöbölése 2. Végatás (em végtele a ege 3. Exceticitás 4. Súlódási ődisszipációból számazó iba Alapvető fajtái és éáy példa:. Hegees : Couette, Meill, Mascalkó, Seale, Bookfield, Cotaves, Umstätte, 2. Kúpos : Mooey és Ewat (kiküszöbölik a végatást, Umstätte, Fike és Heiz Oszcillációs viszkoziméteek eseté viszkózus közegbe működő iga amplitúdójáak csökkeéséből becsülető a viszkozitás. A Pilippoff-féle viszkozimétebe például csegő-edukto geeálja a közegbe meülő tű ezgéseit és az amplitúdóból és a felvett teljesítméyből számítjuk a viszkozitást. A Smit-féle ezgő-viszkoziméte működési elve asoló. Egy agszóó-máges geeálja a ezgéseket. Az ultaag-viszkoziméte a módsze legújabb geeációja. Egy eltejedt mákáál a gejesztő fekvecia 28 khz, a közegbe ébedő logitudiális ezgések agyságedje μm, mééstatomáya cp.

27 Statikus vizsgálat (SMS: Reometia: méések kiétékelése Diamikus (amoikus vagy impulzus teelés: Adatfeldolgozás: táblázatkezelő, Wolfam, MatCad, MatLab, Tébeli modellezés: végeselem, pl. ANSYS

28 Táblázatkezelő -függvéyek -> képletek, gafikus ábázolás -ActiveX-vezélők, vizuális kompoesek -> makók -pogamozató (pl. az Excel Visual Basic, VBA yelve

29 További vezélők: media playe, sockwave flasplaye, bámi, ami telepítve lett példa: Excel listába táolt zeék lejátszása 7 pogamsoba

30 Olie:

31 Matcad -Pofi számológép, pogamozás, gafikus ábázolás - Egyeletedsze közelítő megoldása -Kifejezések aalitikus kiétékelése

32 Matlab -agy adattömbök -modulok ~ kód -gafikus célalkalmazás

33 Iomogé, 3D teste Végeselem modell lokális jellemzőkből (E, η -> kitejedt objektum leíása Pl. Hooke-test -> ugó-tövéy

34 Diamikus méési példa: Rugalmas, teetetle edszet jellemzi sajátfekveciája (súlódás (viszkozitás iáya kaotikus edszet eedméyezet Kitejedt objektum eológiai jellemzőiből modellezetők aak modusai. Hogya?

35 Végeselem modell felépítése: 2D kövoal defiiálása

36 3D objektum felépítése pl. egy 2D függvéy megfogatásával

37 Végeselem felosztás (mes

38 Modell és az ayagi jellemzők defiiálása

39 Sajátfekvecia-modusok

40

41

42 Vituális köte éáy modusa Köszööm a figyelmet!