Newton ve Newton Tipi Olmayan Akışkanlar ve Özellikleri

Newton Tipi Akışkanlar ve Özellikleri

Defermasyon hızının kayma gerilmesiyle doğru orantılı olduğu akışkanlara Newton tipi akışkanlar denilmektedir. Su, hava,benzin,yağlar,vs. akışkanlar en çok bilinen newton tipi akışkanlara örnektir.

Bir boyutlu Newton tipi kayma akışında, kayma gerilmesi:

τ =µdu/dy

Newton tipi akışkanların vizkositezi gerçek bir temodinamik özellik olup sıcaklık ve basınç ile değişmektedir.

Genel olarak Newton tipi akışkanların viskoziteleri basınçla çok az artar. Buna karşılık sıcaklığın vizkosite üzerinde kuvvetli etkisi vardır: T sıcaklığının artması µ vizkositesinin, gazlarda artmasına, sıvılarda azalmasına neden olur.

Tüm newton tipi akışkanların viskoz davranışlarını belirleyen ana parametre boyutsuz Reynolds sayısıdır:

Re=(ρ.V.L)/μ=(V.L)/v

Burada V ve L akışa ait karakteristik hız ve uzunluk ölçekleridir.Re sayısının ikinci şekli ,μ’nün ρ’ya olan oranı olarak tanımlanan kinematik viskoziteyi içerir:

v=μ/ρ

Genel olarak, mühendisin ilk yapması gereken, incelenen akış probleminin Reynolds sayısı aralığını tahmin etmektir. Çok küçük Re sayısı, atalet etkilerinin önemli olmadığı sürtünmeli akışın sürtünme hareketi yaptığını gösterir. Re sayısının orta değerleri laminer akışa karşılık gelir. Yüksek Re sayıları, olasıkla, zaman içinde yavaşça değişen fakat bunu üzerine güçlü yüksek frekanslı rastgele çalkantıların eklendiği tirbülanslı akışa neden olur.

Özet olarak Newton tipi akışkanşarın defermasyon hızı kayma gerilmesi ile doğru orantılı olup lineerdir ve vizkozitesi sabittir.

Newton Tipi Olmayan Akışkanlar ve Özellikleri

Newton tipi olmayan akışkanlar için; kayma gerilmesi ile deformasyon hızı arasındaki oran doğrusal değildir. τ ile du⁄dy ‘nin değişimini gösteren eğrinin eğimi, akışkanın görünür viskozitesine karşılık gelir. Görünür viskozitenin deformasyon hızı ile artış göterdiği (süspansiyon halindeki nişasta veya kum gibi) akışkanlara dilatant veya kalınlaşan akışkanlar denir ve bunlara zıt davranış gösterenlere ise (bazı boyalar, polimer çözeltileri ve süspansiyon halinde katı parçacıklı akışkanlar gibi daha fazla şekil değişimine zorlanması halinde daha az viskoz hale gelen akışkanlar) sanki plastikler veya incelen akışkanlar denir. Diş macunu gibibazı maddeler sonlu büyüklükteki bir kayma gerilmesine karşılık koyabilir ve dolayısı ile bir katı gibi davranır. Ancak kayma gerilmesinin akma gerilmesini aşması halinde, sürekli şekil değiştirerek bir akışkan gibi davranır. Bu tür akışkanlara Bingham Plastikleri de denilmektedir.

Nivtonsal ('Newton'sal) olmayan. Akışkanların davranışı, Navier–Stokes denklemlerini içeren, bir grup kısmî diferansiyel denklemler ile tanımlanır. Akışkanlar, gazlar ve sıvılar içerisinde de sınıflandırılmışlardır. Sıvılar serbest bir yüzey formundadır (yani, yüzey bulunduğu kap tarafından şekillendirilmemiştir), gazlar ise değildir, tüm hacmi kaplar. Katılar ve akışkanlar arasındaki fark, bazen çok açık değildir. Fark maddenin viskozitesinin saptanması ile oluşur; örneğin, silikon plastik farklı zamanlarda hem katı, hem de akışkan olarak tanımlanabilir.

Kan, sıvı haldeki plastikler, ketçap, boyalar, şampuan, vs. Newton tipi olmayan akışkan özelliğini taşırlar.

Newton tipi olmayan akışkanlar 3 ana gruba ayrılırlar;

Zamandan bağımsız sıvılar,
Zamana bağlı sıvılar,
Elastoviskoz sıvılar.

(Burada zamandan bağımsız sıvılar da kendi içerisinde 3 genel sınıfa ayrılır; pseudoplastik sıvılar, bingham plastikleri ve dilatant akışkanlar, ilgili başlıklarda açıklanmışlar.)

Ev ortamında Newton tipi olmayan akışkanın hazırlanışı:
Newton tipi olmayan akışkanlar, klasik akışkanlara ait kavramlar ile açıklanamadığından dolayı bu şekilde adlandırılırlar. Bu türden bir akışkanı ev ortamında hazırlayabileceğinizi biliyor muydunuz?

Deney düzenekleri olmadan ev ortamında kolaylıkla Newton Tipi Olmayan akışkan örneği üretilmesi mümkündür. Açıklayacağımız bu akışkan örneğini hazırlamak için gerekli olan malzemeler:

Buğday
Nişasta
Su

5 bardak buğday-nişasta karışımına 0,5 bardak su ilave edin.( Buğday nişasta karışımı ile su arasında 1’e 10 karışım oranı vardır.). Hazırlamış olduğunuz sıvı karışımına titreşim uyguladığınızda katı özelliği gösterir. Uygulanan belli frekanslar Newton tipi olmayan bu akışkanda ilginç reaksiyonlar meydana getirir. 50 Hz frekans yayan bas özellikli hoparlör kullanımı ile ilginç ve bir o kadar da eğlenceli görüntüler elde etmek mümkün. Karışımın dolu olduğu kap hoparlörün üzerinde konulduktan sonra hoparlörden yayılan frekanslar ile karışımdaki değişiklikler gözlenebilir.

Kayma Gerilmesi – Kayma Oranı Grafiği