تنش برشی در سیالات و نقش آن در هموژنایزر روتور استاتور

تنش برشی یکی از مفاهیم کلیدی در مکانیک سیالات است. Shear stress به نیرویی اطلاق می‌شود که به طور موازی به سطح یک سیال وارد شده و تمایل به "برش" یا لغزش لایه‌های سیال نسبت به یکدیگر را بوجود می آورد. مفهوم تنش برشی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی از جمله اختلاط، پمپاژ و امولسیون سازی اهمیت دارد.
در انواع هموژنایزر مکانیکی، تنش برشی نقش اساسی در فرآیند اختلاط دارد. این نوع هموژنایزر، از یک روتور دوار و یک استاتور ثابت تشکیل شده است. با چرخش روتور با سرعت بالا، سیال بین پره‌های روتور و استاتور کشیده و تحت تنش برشی شدید قرار می‌گیرد.
تاثیرات تنش برشی در هموژنایزرهای روتور استاتور عبارتند از:

• کاهش اندازه ذرات: تنش برشی شدید می‌تواند ذرات بزرگ را به ذرات کوچکتر شکسته و پراکنده کند. این امر برای ایجاد امولسیون‌ها و سوسپانسیون‌های پایدار، که در صنایع مختلفی مانند مواد غذایی، دارویی و آرایشی کاربرد دارند، ضروری است.

• افزایش سطح تماس: با کاهش اندازه ذرات، سطح تماس بین ذرات و فاز پیوسته افزایش می‌یابد. این امر به نوبه خود منجر به بهبود انتقال جرم و سرعت واکنش می‌شود.

• یکنواخت شدن مخلوط: تنش برشی می‌تواند به توزیع یکنواخت ذرات در سراسر سیال کمک کند و از جداسازی یا ته نشینی آنها جلوگیری کند.

محاسبه تنش برشی

مقدار Shear stress در هموژنایزرهای روتور استاتور به عوامل مختلفی از جمله هندسه دستگاه، سرعت روتور، ویسکوزیته سیال، نوع جریان و فاصله بین روتور و استاتور بستگی دارد.
یکی از فرمول‌های رایج برای محاسبه تنش برشی متوسط در یک هموژنایزر روتور استاتور، فرمول Navier-Stokes است:

τ = η * (∂v/∂r)

در این فرمول:
τ: تنش برشی (بر حسب پاسکال)
η: ویسکوزیته دینامیکی سیال (بر حسب سانتی پواز)
∂v/∂r: گرادیان سرعت سیال در جهت شعاعی (متر بر ثانیه)
علاوه بر این، از مدل‌های CFD (Computational Fluid Dynamics) نیز می‌توان برای شبیه سازی جریان سیال در داخل هموژنایزر و محاسبه تنش برشی در نقاط مختلف استفاده کرد.

عوامل موثر بر تنش برشی

سرعت روتور: با افزایش سرعت روتور، تنش برشی نیز افزایش می‌یابد.
ویسکوزیته سیال: سیالات با ویسکوزیته بالاتر در برابر تنش برشی مقاوم‌تر هستند و برای اختلاط به گشتاور بیشتری نیاز دارند. همچنین باید در نظر داشت که افزایش ویسکوزیته می‌تواند در انتقال تنش به ذرات و خردایش موثر باشد. به طور کلی کنترل ویسکوزیته تاثیر بسیاری در سرعت و بهره وری فرآیند اختلاط دارد. همچنین رفتار رئولوژیکی سیال جزو یکی نکات مهم و کلیدی به حساب می آید که باید در نظر گرفته شود.
فاصله بین روتور و استاتور: با کاهش فاصله بین روتور و استاتور، تنش برشی افزایش می‌یابد.
هندسه روتور و استاتور: شکل و طراحی پره‌های روتور و استاتور بر توزیع تنش برشی در داخل سیال تاثیر می‌گذارد. همچنین می‌توان با طراحی بهینه روتور و استاتور شدت برخورد و قدرت خردایش دستگاه را به میزان قابل توجهی بهبود داد.

انتخاب هموژنایزر مناسب

انتخاب میکسر برای یک کاربرد خاص به عوامل مختلفی از جمله نوع سیال، اندازه ذرات، ویسکوزیته و درجه همگن سازی مورد نظر بستگی دارد.
در نهایت، تنش برشی در سیالات و نقش آن در هموژنایزر روتور استاتور یک مفهوم کلیدی در علم و مهندسی است. درک این مفهوم برای طراحی و عملکرد صحیح هموژنایزرها و دستیابی به نتایج مطلوب در فرآیندهای اختلاط، پمپاژ و امولسیون سازی ضروری است.
یکی دیگر از عوامل بسیار مهم در کیفیت فرآیند اختلاط که ممکن است در بعضی مواقع ممکن است کمتر به آن توجه شود زمان ماند مواد در هموژنایزر و تحت تنش است.
در ادامه تنش برشی برای آب هموژنایزر های شرکت آراکو به صورت جدول ارائه شده است.

بنابر اطلاعات مقایسه ای جدول بالا عملکرد دستگاه H6 بیش از 2.5 برابر دستگاه H4 می باشد.
باید به این نکته توجه داشت که تنش برشی محاسبه شده با فرض وجود جریان آرام و لایه ای است و با توجه به سرعت روتور، نوع سیال و موارد دیگر جریان میتواند به صورت متلاطم ایجاد شود که به مراتب تنش برشی بیشتری ایجاد میکند و جدول بالا کمترین مقدار تنش برشی ایجاد شده می‌باشد و صرفا جهت مقایسه اثر بخشی نوع هموژنایزر ارائه شده بنابر این توصیه می شود در محاسبات از این جدول استفاده نگردد.
شرکت آراکو با اتکا به دانش فنی و پشتوانه علمی متخصصان این شرکت با انجام شبیه سازی و طراحی بهینه اقدام به مشاوره دقیق و طراحی و تولید هموژنایزر مناسب جهت ارائه مناسب ترین دستگاه و بهینه ترین شرایط عملکردی متناسب با نیاز شما، می نماید.
برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره در مورد انتخاب میکسر هموژنایزر با واحد مهندسی فروش ما تماس بگیرید.
09108209967
09122786723

مقاله های مرتبط

میکسر هموژنایزر روتور استاتور
روش تولید مرکب، جوهر و رنگ با هموژنایزر
میکسر هموژنایزر داروهایی