せん断力

微細化作用を引き起こす力の1つであるせん断力とは、どのような力でしょうか。ここではせん断力の解説をするとともに、同じく微細化作用を引き起こす力のキャビテーション力や衝撃力についても紹介します。

微細化作用を引き起こす力の1つ

撹拌によって生じる作用（撹拌作用）の1つに微細化作用があります。例えば1つの容器に固体と液体が入っている場合、撹拌による微細化作用を発揮することで個体を細かくすることが可能です。そして、微細化作用を引き起こすために必要な力の1つがせん断力です。

液体が1枚の板だと仮定して、それらが積み重なったのが液相です。液相の一番下の板をゆっくりと、一番上の板を早く動かすと液相は変形します。このように、速度の差によって変形が生じる力がせん断力です。

せん断力の速度はロータと回転数で決まります。粘度計には複数のロータが付属していて、抵抗レンジ内であれば複数の回転数の中から選ぶことが可能です。つまり、ロータの種類や回転数を選ぶということは、測定時のせん断速度を決めているということです。

ニュートン流体では粘度がせん断速度に依存しないためどの条件であっても理論上は同じ粘度になりますが、非ニュートン流体ではロータ種類や回転数によって測定粘度が異なるのです。

ロータの種類や回転数で粘度が変わるとなると、どの粘度が正しい粘度なのか疑問に感じますが、どの粘度もそれぞれのせん断速度での粘度と言う意味では正しい粘度です。そのため、非ニュートン流体の粘度は「見かけ粘度」とも言われます。

水を加熱すると水蒸気になりますが、圧力が低下しても同様に水は水蒸気となります。撹拌羽根によって流体が動くと、瞬間的に圧力が低下するため流体の一部が気化することも。このとき、急に体積が膨張したことによるキャビテーション力が働きます。

衝撃力とは、質量のあるものが衝突したときに生じる巨大な力のこと。撹拌羽根が流体に衝突することによって衝撃力が働きます。流体速度がゼロのとき、付与する衝撃力が最も大きいです。

タービン翼は、円盤にブレードを取り付けた形状の撹拌翼です。プロペラ翼と比較して、せん断力に優れることが特徴。消費動力は大きいですが、せん断力の高さを生かして気液を分散させたり、液滴を微細化させたりする用途に適しています。

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