
【化】 rate of shear
cut; scissors; clip; lop; shear; snip; trim
【医】 scissors; shears
【电】 cutting rate
frank; hasty; lead; modulus; quotiety; rash; rate; ratio; usually
【医】 rate
【经】 rater.
剪切速率(Shear Rate)是流变学与流体力学中的核心参数,定义为流体在剪切应力作用下单位时间内的形变速率,英文对应"shear rate"。其物理意义表征流体层间速度梯度变化,数学表达式为: $$ dot{gamma} = frac{dv}{dy} $$ 其中$dv$为相邻流体层速度差,$dy$为垂直流动方向的间距。
在工程应用中,剪切速率直接影响非牛顿流体的黏度特性。例如聚合物加工时,熔体在注塑机筒内的剪切速率范围通常为$10-10 s^{-1}$,这会导致黏度发生幂律变化。生物医学领域测量血液剪切速率时,动脉血管中的典型值为$100-1000 s^{-1}$,该数据对血栓形成研究具有重要价值。
国际标准组织ISO 3219规定,旋转流变仪测量剪切速率时需通过公式$dot{gamma} = omegacdot R/h$计算,其中$omega$为角速度,$R$为转子半径,$h$为间隙高度。该参数在食品工业乳制品生产、石油行业钻井液设计等领域均属于关键质量控制指标。
剪切速率是流体力学和流变学中的重要概念,主要用于描述流体在剪切力作用下内部相邻层的相对运动速度。以下从定义、物理意义、数学表达和应用场景四个方面详细解释:
剪切速率(Shear Rate)指流体在剪切流动中,相邻流体层之间的速度梯度。具体来说,当流体沿某一方向(如x轴)流动时,不同层之间因速度差异产生的单位厚度内的速度变化率。例如,若流体层间距为dy,相邻层的速度差为du,则剪切速率γ可表示为: $$ γ = frac{du}{dy} $$ 单位为秒的倒数(s⁻¹)。
剪切速率反映了流体内部变形的快慢程度。例如,在管道流动中,中心流速最快,靠近管壁处流速趋近于零,此时速度梯度即剪切速率越大,表明流体内部摩擦作用越强。在固体颗粒或高粘度流体中,剪切速率还与能量耗散和材料变形直接相关。
在牛顿流体中,剪切应力(τ)与剪切速率(γ)呈线性关系,即: $$ τ = η cdot γ $$ 其中η为流体粘度。此关系不适用于非牛顿流体(如剪切变稀的涂料或剪切增稠的淀粉溶液)。
剪切速率是描述流体内部速度梯度的关键参数,其大小直接影响流体的流动行为和能量传递。如需进一步了解具体领域(如非牛顿流体)的扩展内容,可参考流变学相关文献或教材。
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