Folyásgörbe

Meghatározás

A reológiában folyásgörbének, vagy konzisztencia görbének nevezzük az olyan ábrát, amely képes szemléltetni a változó viszkozitású közegek viselkedését

A konzisztencia latin kifejezés. Eredetileg "összefüggő", "összetartozó", "együttmaradó". A reológiában félreérthető a használata. Elsősorban a nagy viszkozitású anyagokra használják, de értelmezik olyan plasztikus anyagokra is, amelyeknek nagy a τ₀ határnyírófeszültsége.

Értelmezése

A folyásgörbe változói: a deformációsebesség és nyírófeszültség. A newtoni viszkozitással jellemzett közegeknél ez állandó meredekségű egyenes. Jól használható azon jelenségek szemléltetésére, amikor valamely közeg viszkozitása növekvő deformációsebességnél növekszik. Alapvető értelmezésében reverzibilis változásokat fejez ki. Az ábrán a nyírófeszültség jele a σ. A kezdeti viszkozitás az α szög tangense. Növekvő deformációsebességnél (nyírósebességnél) a viszkozitás növekszik, és a β szög tangense fejezi ki (dilatáns folyadék).

Az α és a β szög nagyságának csak a koordináta-tengelyek méretezésének ismeretében van értelme.

A folyásgöbe közepétől a nulla deformációsebességek felé haladva a viszkozitás nulla indexű határértékét számítjuk: $\eta _{0}={\mbox{tg }}{\alpha }$

Ha a deformációsebesség tart a végtelenhez, akkor a viszkozitás végtelen határértékét kapjuk: $\eta _{infinity}={\mbox{tg }}{\beta }$

A reológia értelmezi az ábrán szereplővel ellentétes anyagi tulajdonságot is; olyan anyagokat tehát, amelyek viszkozitása csökken, ha növekszik a deformációsebesség (pszeudoplasztikus folyadék). Számos módszert dolgoztak ki a nyírósebességtől függően változó viszkozitás mérésére, például ragasztók esetére az ASTM D2556 szabványt A két változó összefüggését közelítő hatványfüggvényekkel lehet leírni

A reológia szakirodalmában a koordinátatengelyeket gyakran felcserélik (a nyírófeszültség szerepel a vízszintes, a deformációsebesség a függőleges tengelyen).

Konzisztencia változók

Konzisztencia változókat értelmezünk a Hagen–Poiseuille-törvény felhasználásával: $q_{V}={\frac {\pi }{8}}{\frac {\Delta p}{l}}{\frac {r^{4}}{\eta }}$, ahol

q_V a térfogatáram, Δp a nyomás, l a hosszúság, ${\frac {\Delta p}{l}}$ a hosszegységen létrejövő nyomásveszteség, r a sugár és η a dinamikai viszkozitási együttható (jelenleg a látszólagos viszkozitás)

A fenti egyenletet két részre bontjuk. Az x változó a nyomásveszteséggel arányos: $x={\frac {\Delta pr}{2l}}$,

az y változó a térfogatárammal: $y={\frac {4q_{V}}{r^{3}\pi }}$

Átrendezve a viszkozitás $\eta =({\frac {r^{3}\pi }{4q_{V}}})({\frac {\Delta pr}{2l}})$, tehát $\eta ={\frac {x}{y}}$

A viszkozitásnak fenti két értelmezése nem azonos, csak hasonló, és függ a rendszer geometriájától. A newtoni törvény sík felület mentén létrejövő lamináris áramlásra vonatkozik, míg a Hagen–Poiseuille-törvény a kapilláris áramlásra (ez szintén lamináris). A mérési gyakorlatban (például rotációs viszkozimétereknél) hasonlóságot lehet számítani egyrészt a térfogatáram és a deformációsebesség; másrészt a nyírófeszültség és a nyomásveszteség között.

Források

• Gasztonyi, Kálmán, Lásztity, Radomir. Élelmiszer-kémia I.. Mezőgazda Kiadó. ISBN 963 736 2789 
• Macsihin, Jurij Alexandrovics, Macsihin, Szergej Alexandrovics. Élelmiszeripari termékek reológiája. Mezőgazdasági Kiadó. ISBN 963-232-404-8