VİZKOZİTE Bir akışkanın vizkozitesi akışkan üzerine uygulanan kaydırma kuvvetinin karşılaştığı sürtünme direncinin bir ölçütüdür. Bir akışkan bir yüzey üzerinden geçerek aktığı zaman, yüzeye komşu olan akış tabakası durgun haldedir. Yüzeyden itibaren birbirini izleyen tabakaların hızları giderek artar. Yani yüzeye yakın tabakaların hızları düşük yüzeyden uzak olan tabakaların hızları ise daha yüksektir.

VİZKOZİTE Bir başka yaklaşım da bir akışkanın birbiri üzerinde hareket eden bileşik tabakalardan oluşmuş gibi hissedilir. Akışkan üzerine bir kuvvet uygulanınca akışkan tabakasının diğerinin üzerine relatif etkisi (göreceli etkisi) kesme kuvveti (kaydırma kuvveti) olarak bilinir ve kuvvetin uygulandığı yönde ve yüzeye paralel olur. Ancak böyle bir durumda kaydırma kuvvetine karşı akışkandan gelen bir direnç vardır ve bu direnç kaydırma kuvvetine akışkan tabakasına paralel olacak şekilde zıt yöndedir. Bu dirence VİZKOZİTE denir.

VİZKOZİTE Sıvı tiplerine göre bu direnç farklı olur. Balı bir kaba dökmekle sütü dökmek birbirinden farklıdır. Bal sütten daha viskoz bir yapıdadır. Örneğin; bir deste oyun (iskanbil) kağıdına bir kuvvet uygulandığında üsteki kart ilerlerken, bir alttaki kartı öteler en alttaki kart sabit kalır. Sıvıdaki durum da aynıdır. En alttaki sıvı tabakası sabit kalırken, üstteki tabaka belli bir hız ile kayar, kayarken de bir alttakini öteler. Buradaki öteleme kuvveti sıvı tabakaları arasındaki yüzeye gösterilen sürtünme kuvveti ile ilişkilidir.

VİZKOZİTE Her biri alanı A olan ve birbirinden dx kadar uzaklıkta bulunan paralel iki akışkan tabakası ve tabakalar arası hız farkı dv. v+dv A v dx

VİZKOZİTE Newtonun vizkoz akış (laminer veya tabakalı akış) kanununa göre sıvı içerisindeki iki komşu tabakanın birbirlerine göre hareketine direnç gösteren F sürtünme kuvveti A alanı ve dv/dx hız gradienti ile orantılıdır. F: Sürtünme kuvveti µ: Vizkozite katsayısı (Yunancada mu harfi) Bu ifadedeki vizkozite DİNAMİK VİZKOZİTE’dir.

VİZKOZİTE Orantı katsayısı µ “vizkozite katsayısı” veya basitçe vizkozite olarak bilinir. Sıvının akış hızının çok büyük olmadığı durumlarda laminer akış gözlenir. Hızlı akma durumlarında tabakalı akış kaybolup türbülans (girdap) akış şekli ortaya çıkar. Bu akışta akan sıvı tabakaları birbirlerini keser ve bu durumda eşitlik artık uygulanmaz. Bu akış tipleri 1883 yılında ilk defa Osborne Reynolds tarafından yapılan bir deneyle ortaya konmuştur. Reynolds’un deneyinde cam bir boru içi su dolu depoya bağlanmış ve boru içine istenilen hızda renklendirilmiş su akması sağlanmıştır.

VİZKOZİTE Reynolds yapmış olduğu deneyler sonucunda suyun akma hızı az olduğunda renkli suya ait akımın iplikçik şeklinde bütün boru boyunca devam ettiğini görmüştür. Renkli suya ait akım farklı kesitlerde düz doğrular şeklindedir. Akış hızı arttırıldığında iplikçiğin kaybolduğu ve suyun tamamının renklendiği görülmüştür(Türbülans akım). Renkli su Su

VİZKOZİTE Akışın bir tipten diğerine değiştiği andaki sıvı akış hızı “kritik hız” olarak adlandırılır. Reynolds daha sonra yaptığı deneylerde bu iki tip akış şeklini incelemiş ve kritik hızın boru çapına, akış hızına, yoğunluğa ve vizkoziteye bağlı olduğunu belirlemiştir. Bu şekilde Reynolds sayısı olarak bilinen ifade; SI sisteminde N/m2s, yani Pa.s. CGS sisteminde ise; dyne.s/cm2 yada poise 1 cp=10-3 Pa.s. Yada 1 mPa.s. Reynold sayısının 2000’den büyük olduğu değerlerde türbülans akış vardır.

VİZKOZİTE Oda sıcaklığında suyun vizkozitesi yaklaşık 1cp (centipoise)’dır. Oda sıcaklığında balın viskozitesi 8880 cp’dir. Eğer eşitlikte akışkanın kesme hızı ile kesme kuvveti (sürtünme kuvveti, F) arasındaki ilişki doğrusal bir eğilim gösteriyorsa ve orjinden geçiyorsa, o akışkana “NEWTONİAN AKIŞKANI” denir. Örn; su, bal, süt, meyve suyu… Kesme hızı; hızdaki değişimin tabakalar arası mesafeye oranıdır.

VİZKOZİTE Newtonian Olmayan Sıvıların sınıflandırılması (Non-Newtonian Liquids) Zamana bağlı Zamandan Bağımsız Rheapectic Thixotropic Herschel Bingham Shear thickening Shear thinning

VİZKOZİTE Shear Thinning (Pseudoplastic) Sıvılar için kesme hızı arttıkça, viskozite azalır. Mayonez, hardal, meyve püreleri. Eğer bunlar bir kap içerisinde çalkalanırsa, daha sıvı hale gelir ya da yüksek hızda bir mikserle karıştırılırlarsa, viskoziteleri azalır. Bazı sıvılar çıplak gözle incelendiğinde homojen görünürler. Halbuki içlerinde mikroskobik boyutta partiküller vardır. Bu şekilde sıvı içinde rastgele dağılmış olan partiküller bir kesme kuvveti uygulandığında bir hizalanır ve akış yönünde dizilirler. Aglomeratlar dağılır, küçük partiküllere dönüşürler. Bu işlemler akıcılığı arttırır.

VİZKOZİTE Shear Thickening (Dilatant): Sıvılarda kesme hızı arttıkça, viskozite artar. Örneğin; su içerisinde hazırlanmış %60 mısır nişastası içeren süspansiyon. Düşük kesme hızlarında süspansiyon newtonian davranırken, yüksek kesme hızlarında katı partiküller ayrılır, viskozite artar ve akışa karşı direnç gösterirler. Bazı newtonian olmayan sıvılar kuvvete gerek duyarlar. Örneğin; ketçap. Belli bir kuvvet uygulanana kadar akmaz. Bu tip akışkanların kesme hızı *kesme kuvveti grafiğini aldığımızda grafik orjinden geçmez. Kuvvet uygulandıktan sonra newtonian gibi davranır ve Bingham plastic sıvılar diye bilinir. (ketçap, diş macunu).

VİZKOZİTE Herschel Bulkley: Akışkanın yanıtı belli bir kuvvet uygulamasından sonra shear thinning gibiyse Herschel Bulkley sıvılar diye bilinir. Bu sıvılar akmak için bir kuvvete ihtiyaç duyar ve durağan halde düşük seviyedeki kesme kuvvetlerine dirençle interpartiküler ve intramoleküler yapısına sahiptir. Bu yield stresin altında materyal bir katı gibi davranır ve yerçekimi kuvveti ile yatay bir düzlem üzerinde düzgün hale gelmez. Ancak ağı bir arada tutan kuvvetleri aşan bir uygulama yapıldığında materyal akmaya başlar. Zamana Bağlı Sıvılar: Kesme kuvveti uygulandıktan sonra geçen belirli bir süreden sonra ancak sabit bir viskoziteye ulaşan sıvılardır. Bunlara Thixotropic sıvılar denir. (Bazı nişasta jelleri)