تعریف گران روی

گران روی چیست ؟ اگر بخواهیم تعریفی از گران روی (Viscosity) ارایه دهیم باید گفت که مقاومت یک سیال در برابر جاری شدن و یا اعمال تنش برشی را گران روی می گویند. معادل لاتین این رویداد ویسکوزیته نام دارد. در علوم سیالات نیز این مبحث با نام لزجت بیان می گردد. زمانی که جسمی درون مایعی به حرکت در می‌آید، سیال اطراف این جسم، در مقابل حرکت مقاومت نشان می‌دهد به طوری که سرعت لایه‌های مختلف سیال اطراف این جسم، متفاوت است.

رابطه گران روی با دما

با بالا رفتن دما گران روی سیالات کاهش می یابد ولی در گازها این ماجرا بلعکس است. البته درصد تغییرات آن برای سیالات مختلف نیز متفاوت است. با توجه به روابط ریاضی موجود بین دو متغیر دما و گران روی می توان به کمک نمودار، ویسکوزیته یک سیال در هر دمایی داخل یک بازه محدوده را پیش بینی نمود. گران روی کمیت ثابتی نیست و به عوامل مختلفی از جمله دما ، فشار، سرعت برشی و شرایط روانکاری بستگی دارد.

برای مثال هر چه روغن زیتون گرمتر شود، ویسکوزیته آن کمتر می شود. معمولا گران روی روغن ها در بازه دمایی 40 و 100 درجه سانتی گراد اندازه گیری می شود. هرچقدر ویسکوزیته روغن بیشتر باشد، حساسیت آن نسبت به افزایش دما بالاتر است. این کاهش آنقدر شدید است که می توان گفت با افزایش دمای عملکردی روغن به اندازه 25 درجه سلسیوس، شاهد کاهش 80 درصدی ویسکوزیته روغن هستیم.

انواع گران روی

الف: گرانروی حرکتی ( سینماتیکی )

گرانروی مطلق یک سیال تقسیم بر چگالی آن را گران‌روی حرکتی می گویند و با فرمول ν=μ/ρ بیان می شود.

ب: گرانروی پویا ( دینامیکی )

گرانروی پویا یا دینامیکی خاصیتی از سیالات است که در برابر جریانهای برشی ایجاد مقاومت می‌کند. این جریان ها در جایی به وجود می‌آیند که لایه‌های 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 شده‌است 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 متناسب 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 گران‌روی دینامیکی ایجاد می‌شود.

تفاوت گران‌روی پویا و گران‌روی حرکتی 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 گران‌روی پویا استفاده می‌شود و در مسایلی که حرکت سیال اهمیت دارد از گران‌روی حرکتی بهره می‌بریم.

ج: گران روی بالک

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

پرکن مایعات با ویسکوزیته مختلف

حال که درباره ویسکوزیته و غلظت سیالات مطالبی عنوان گردید می پردازیم به طریقه پر نمودن سیالات با لزجت های متفاوت. یکی از ماشین آلات مرتبط با صنعت بسته بندی، دستگاه پرکن مایعات است که بر مبنای ویسکوزیته سیال به دو دسته پرکن مایعات غلیظ و پرکن مایعات رقیق تقسیم بندی می شود. طبیعتا به دلیل ویژگی های سیالات روان نظیر آب، سیستم تزریق در این دستگاه متفاوت از مایعاتی مانند گریس است. مایعات روان به کمک نیروی وزن به راحتی از نازل عبور کرده و درون ظرف جاری می شود. به عبارتی مایعات با ویسکوزیته کم نیازی به نیروی خاصی برای جاری شدن ندارند و مولکول های آن روی یکدیگر سر خورده و حرکت می کنند. اما این ماجرا برای مواد غلیظ و سفت که تمایلی به ریزش و جاری شدن ندارند کمی متفاوت است. این دست از سیالات میبایست به کمک مکانیزم هایی نظیر پمپ مکیده و به شیرهای نازل منتقل شوند. دستگاه پکن پمپی و پرکن سیلندر پیستونی نمونه هایی از ماشین آلاتی هستند که مناسب مواد با گران روی بالا هستند.

ماشین آلات پرکن با تعداد نازهای مختلف قابلیت تولید دارند. دقت و سرعت دو مولفه مهم در دستگاه پرکن مایعات محسوب می شود. عموما پرکن های مواد روان و ثقلی به دلیل مکانیزم ساده و استفاده از نیروی ثقل ارزان تر از سیستم های پرکن سیالات غلیظ هستند.