Вопрос по гидравлике

[Misc.]

Вопрос по гидравлике

Народ, помогите! Мозг расплавил

Есть капилляр, на вход капнули воду. Она под действием капиллярных сил побежала. Вопрос: как рассчитать скорость движения мениска?
Тянут капиллярные силы, тормозит сила трения.
Чем больше капилляр тем меньше капиллярная сила и тем меньше трение. Чем меньше капилляр тем все больше. Золотая середина - где?
Сила трения должна зависть от вязкостости, но вязкость, собака серая, должна зависеть от скорости. То есть надо померять скорость исходя из скорости. АААА!!! КАК??

 

[Shtraus]

Может, два дифура составить ? Не ?

 

[Misc.]

А почему два? Жидкость-то одна? Впрочем меня и на одно не хватит

 

[Алексич]

Чем больше капилляр тем меньше капиллярная сила и тем меньше трение. Чем меньше капилляр тем все больше. Золотая середина - где?

При увеличении диаметра меняется соотношение поверхность трубки/объем жидкости. Т.к. сила смачивания работает на границе раздела, то её доля уменьшается в сравнении с другими силами, например силой тяжести, действующей на столбик жидкость.

Сила трения должна зависть от вязкостости, но вязкость, собака серая, должна зависеть от скорости. То есть надо померять скорость исходя из скорости. АААА!!! КАК??

Вязкость в реальных жидкостях — более сложное явление, чем простые модели описывают:

https://ru.wikipedia.org/?oldid=37325571

https://ru.wikipedia.org/?oldid=34463149

 

[Misc.]

При увеличении диаметра меняется соотношение поверхность трубки/объем жидкости. Т.к. сила смачивания работает на границе раздела, то её доля уменьшается в сравнении с другими силами, например силой тяжести, действующей на столбик жидкость.

С капиллярной силой все понятно, не понятно с тормозящей - трением.

Вязкость в реальных жидкостях — более сложное явление, чем простые модели описывают:

Увы, но ведь можно же как-то прикинуть? Есть много статей по симуляции, но все используют какие-то свои коэффициенты, не очевидные уравнения, мало того, получают еще и данные в разные стороны отличающиеся от Moody's charts.

 

[Алексич]

На «прикинуть» есть два пути:
— найти в спец. литературе сведения по вязкости интересующей жидкости;
— самостоятельно изучить экспериментальным путем вязкостные свойства данной жидкости.

Коэффициенты — это типично, когда пытаются некую умозрительную модель натянуть на сложную систему/процесс. Шаг в сторону и модель не работает.
Иногда доходит вообще до абсурда. Чтобы найти коэффициенты, без которых описание системы не работает, выполняют доскональное экспериментальное изучение, которое дает ответы на все поставленные вопросы и теоретическая модель становится ненужной, т.к. применима только для уже изученной системы, а для другой - необходимо опять искать опытным путем коэффициенты.

 

[Burnash]

Проще всего провести эксперимент. Потому что с матмоделью в этом случае заипешься.

 

[Misc.]

— самостоятельно изучить экспериментальным путем вязкостные свойства данной жидкости.

Проще всего провести эксперимент. Потому что с матмоделью в этом случае заипешься.

Спасибо, мужики. Попробую. Хотелось теоретического обоснования.

 

[StasShev87]

Вам чтото практическое посчитать нужно или чисто теоретическое?
Посмотрите

⚠ Тільки зареєстровані користувачі бачать весь контент та не бачать рекламу.

Имхо не достаточно вводных данных: положение капилляра (сила тяжести играет важную роль), какой порядок диаметров капилляров (модели течения разные), какая жидкость, какой материал капилляров.
ПыСы: у вас нанотехнологии или текстильная промышленность?

Кстати, насчет трения в капиллярах. Есть так называемый коэффициент динамической вязкости. С его помощью работает простая формула Пуазейля

 

[Misc.]

Вам чтото практическое посчитать нужно или чисто теоретическое?
Посмотрите

⚠ Тільки зареєстровані користувачі бачать весь контент та не бачать рекламу.

Имхо не достаточно вводных данных: положение капилляра (сила тяжести играет важную роль), какой порядок диаметров капилляров (модели течения разные), какая жидкость, какой материал капилляров.
ПыСы: у вас нанотехнологии или текстильная промышленность?

Кстати, насчет трения в капиллярах. Есть так называемый коэффициент динамической вязкости. С его помощью работает простая формула Пуазейля

Практическое применение...
Капилляр горизонтальный, на вход порядка 50 мкл плазмы крови. Капилляры - плексиглас или поликарбонат, модифицированные оксидом титана для гидрофильности - от 3 до 70 мкм высотой и 1-2 мм шириной, длина ~5см.

Коэффициенты Бачинского - я в литературе так и не нашел к сожалению

ПС: Нано... Сейчас скорее микро

 

[Алексич]

Практическое применение...
Капилляр горизонтальный, на вход порядка 50 мкл плазмы крови. Капилляры - плексиглас или поликарбонат, модифицированные оксидом титана для гидрофильности - от 3 до 70 мкм высотой и 1-2 мм шириной, длина ~5см.

Горизонтальный — стало быть, сила тяжести значение не имеет.
Плазма крови — капец-система . С точки зрения химии — раствор высокомолекулярных веществ, то бишь белков, с примесью низкомолекулярных соединений.
Растворы синтетических полимеров весьма строптивы по свойствам вязкости, а тут естественный продукт, не имеющий строгого постоянства состава и соответственно устойчивой реологии.

 

[Misc.]

Алексич
Все еще хуже - в плазме 10-15% гематокрита, я поэтому не могу в супер-дебри неньютоновские лезть, мне хотя бы сферического коня в вакууме.

 

[Burnash]

Только эксперимент.

 

[Shtraus]

Эмпирически снять зависимость.
Будет первое приближение.

"И опыт - сын ошибок трудных ..."

---

Но, видимо скорость от чего-то в составе зависит и Вы скоростью оное хотите определить.
Правильно ?

Поставьте несколько световых (инфракрасных) пар по ходу капилляра и снимайте характеристику по нескольким точкам.

Можно от сканера (для начального эксперимента - любого сломанного) линейку КМОС/ПЗС и от него же подсветку поставить (или линейку светодиодов) - можно довольно много точек получить.
Еще и в цвете.
Будет второе приближение.

Ну, и "тиньку" или "пичОк" (sic!) для управления
Куда же без них в этом разделе

Если АРМ, то и на цветной ЖК картинку можно вывести.

 

[Misc.]

Но, видимо скорость от чего-то в составе зависит и Вы скоростью оное хотите определить.
Правильно ?

Мне наоборот, нужно регулировать скорость - так, чтобы в определенное время мениск занимал определенную позицию. Для этого можно играть с гидрофобностью, или с Касси-Вензелем, или с высотой канала - вот я и пытаюсь понять что больше и как влияет на скорость.

Только эксперимент.

С опытами - затык, слишком, слишком много нестабильных параметров: сделали канал - погрешность в 5-10 мкм, наносить оксид титана - хрен знает что это за бочка, УФ на оксид - зависит от влажности помещения; дальше - кровь - использую свою и сотрудников - разные, хранится в холодильнике - хрен знает что с ней там происходит, догрелось до комнатной - тоже непонятно как вязкость изменится, фильтрую - опять же постоянно разный гематокрит.

Поставьте несколько световых (инфракрасных) пар по ходу капилляра и снимайте характеристику по нескольким точкам.

Можно от сканера (для начального эксперимента - любого сломанного) линейку КМОС/ПЗС и от него же подсветку поставить (или линейку светодиодов) - можно довольно много точек получить.
Еще и в цвете.
Будет второе приближение.

А зачем это? Я камеру поставил и деления вдоль канала. Камера есть - повторимости нет.
Даже со спиртом или водичкой немного отличаются от опыта к опыту скорости.

Ну, и "тиньку" или "пичОк" (sic!) для управления
Куда же без них в этом разделе

Если АРМ, то и на цветной ЖК картинку можно вывести.

Эээ... Это что за слова такие? Я только ЖК понял

 

[Shtraus]

Народ, помогите! Мозг расплавил

Есть капилляр, на вход капнули воду. Она под действием капиллярных сил побежала. Вопрос: как рассчитать скорость движения мениска?
Тянут капиллярные силы, тормозит сила трения.
Чем больше капилляр тем меньше капиллярная сила и тем меньше трение. Чем меньше капилляр тем все больше. Золотая середина - где?
Сила трения должна зависть от вязкостости, но вязкость, собака серая, должна зависеть от скорости. То есть надо померять скорость исходя из скорости. АААА!!! КАК??

Мне наоборот, нужно регулировать скорость - так, чтобы в определенное время мениск занимал определенную позицию. Для этого можно играть с гидрофобностью, или с Касси-Вензелем, или с высотой канала - вот я и пытаюсь понять что больше и как влияет на скорость.

С опытами - затык, слишком, слишком много нестабильных параметров: сделали канал - погрешность в 5-10 мкм, наносить оксид титана - хрен знает что это за бочка, УФ на оксид - зависит от влажности помещения; дальше - кровь - использую свою и сотрудников - разные, хранится в холодильнике - хрен знает что с ней там происходит, догрелось до комнатной - тоже непонятно как вязкость изменится, фильтрую - опять же постоянно разный гематокрит.

Если бы в первом посте было по-человечески расписано что есть и что нужно, другие бы может меньше напрягались

И скорость как бы не понятно при чем.

Данные ТЗ - неполные.
Все-таки что есть и что конкретно нужно ?
Проблему очень четко опиши.

Мне ... нужно ... чтобы в определенное время мениск занимал определенную позицию.

Я бы пошел другим путем - создавая регулируемый "микровакуум" с обратной связью, "засасывал" в капилляр с датчиками ОС жижу по нужному "пространство-временному закону" независимо от вязкости, свертываемости, химсостава, допусков на геометрию капилляра и поверхности его покрытия...

Эээ... Это что за слова такие? Я только ЖК понял

Те, кто в разделе, - знают
Захотят - расскажут.

кровь - использую свою и сотрудников

Вампирим ? Ну-ну

 

[Гість 3253]

С капиллярной силой все понятно, не понятно с тормозящей - трением.

А чё там непонятного? От скорости коэффициент трения не зависит. Да, не забудь ещё добавить трение воздуха, вытесняемого столбом жидкости - эта сила тож влиять будет.

такшо там не 2 диффура - вмешается момент иннерции воздушного столба, который сам по себе будет уменьшаться при уменьшении объема воздуха в трубке

М
Даже со спиртом или водичкой немного отличаются от опыта к опыту скорости.

Вероятно разница в промывке капилляра. Повторяемость будет только если исследовать один конкретный капилляр, промежуточно промывая его одним и тем же раствором (чтобы оставшиеся после испарения соли были в одинаковом количестве), или бидистиллятом, притом сушка желательно сжатым воздухом одинаковое время под одинаковым давлением. Да, время от сушки до начала эксперимента - тож желательно одинаковое, так как сразу после сушки стекло холодное и там начинается естественный процесс конденсации, такшо изначально оно по умолчанию немного влажное. Ну или ровнять как-то температуру с температурой среды.

А с разными капиллярами данные и будут разные.. Вам такой предмет как "метрология" не преподавали? А жаль... Вам на каждый чих надо по 100 (минимум) измерений проводить и затем их обрабатывать как положено - строить распределение Гаусса, выкидывать отбившиеся от рук измерения и т.д. (потом перестраивать гаусса ).
Удачи

P.S. И снимите характеристику для однородного состава (который применяете в эксперименте) от влажности воздуха. Но там тоже придётся неслабо попотеть - реально материала на дисер хватит, если припрячь студентов, которые от нехрен делать будут решать Вам матобоснование.

 

[Burnash]

С опытами - затык, слишком, слишком много нестабильных параметров: сделали канал - погрешность в 5-10 мкм, наносить оксид титана - хрен знает что это за бочка, УФ на оксид - зависит от влажности помещения; дальше - кровь - использую свою и сотрудников - разные, хранится в холодильнике - хрен знает что с ней там происходит, догрелось до комнатной - тоже непонятно как вязкость изменится, фильтрую - опять же постоянно разный гематокрит.

C матмоделью при таких условиях будет еще больший затык.

От скорости коэффициент трения не зависит.

Это ж жидкостное (вязкое) трение, так что как раз зависит. И если мы учитываем такие вещи, как:

трение воздуха, вытесняемого столбом жидкости

- то и его тоже должны учитывать.

Так что

там не 2 диффура

а больше. Целая система.

 

[Алексич]

На такую систему влияет даже состав воздуха, его газы растворяются в жидкости (особенно когда тонкий слой размазан по поверхности) и меняют свойства. А состав воздуха переменчив. Кто-то дыхнул перегаром, пукнул рядом….

Мне наоборот, нужно регулировать скорость - так, чтобы в определенное время мениск занимал определенную позицию. Для этого можно играть с гидрофобностью, или с Касси-Вензелем, или с высотой канала - вот я и пытаюсь понять что больше и как влияет на скорость.

А заткнуть капилляр с другой стороны и регулировать зазор/отверстие?
Раз с одной стороны входит жидкость, значит с другой выходит воздух. Регулируя скорость его выпуска, можно управлять скоростью жидкости в капилляре.

кровь - использую свою и сотрудников - разные, хранится в холодильнике - хрен знает что с ней там происходит, догрелось до комнатной - тоже непонятно как вязкость изменится, фильтрую - опять же постоянно разный гематокрит.

Сделай приблизительную имитацию плазмы крови из синтетических компонентов. Будет тебе более-менее постоянный состав и лучшая сохранность. На ней отработай методику, т.к. легче добиться воспроизводимости результатов.

 

[Misc.]

Если бы в первом посте было по-человечески расписано что есть и что нужно, другие бы может меньше напрягались

И скорость как бы не понятно при чем.

Данные ТЗ - неполные.
Все-таки что есть и что конкретно нужно ?
Проблему очень четко опиши.

В первом посте как раз концентрированное что нужно из всего остального. Поскольку параметров слишком много, то ничего не остается как прикинуть просто идеальный случай - проблема в том, что мозга не хватает даже на идеальный.

Я бы пошел другим путем - создавая регулируемый "микровакуум" с обратной связью, "засасывал" в капилляр с датчиками ОС жижу по нужному "пространство-временному закону" независимо от вязкости, свертываемости, химсостава, допусков на геометрию капилляра и поверхности его покрытия...

Я тоже бы так сделал, или поставил бы простейший шприцевой насос, но, к сожалению, у меня есть ТЗ, где сказано - только капиллярные силы. Причем, как бы не по-дебильному это звучало, такая цель стоит из-за проблем с последующей сертификацией - есть какие-то нюансы в сертификации устройств, в подробности не вникал.

А чё там непонятного? От скорости коэффициент трения не зависит. Да, не забудь ещё добавить трение воздуха, вытесняемого столбом жидкости - эта сила тож влиять будет.

такшо там не 2 диффура - вмешается момент иннерции воздушного столба, который сам по себе будет уменьшаться при уменьшении объема воздуха в трубке

Зависит коэффициент... А вот воздушный столб в данном случае можно не учитывать - работаю с открытым каналом, без стенок, то есть давление повсюду атмосферное. Это опять же могло бы являться дополнением к стартпосту - но кажется все эти детали не помогут.

Вероятно разница в промывке капилляра. Повторяемость будет только если исследовать один конкретный капилляр, промежуточно промывая его одним и тем же раствором (чтобы оставшиеся после испарения соли были в одинаковом количестве), или бидистиллятом, притом сушка желательно сжатым воздухом одинаковое время под одинаковым давлением. Да, время от сушки до начала эксперимента - тож желательно одинаковое, так как сразу после сушки стекло холодное и там начинается естественный процесс конденсации, такшо изначально оно по умолчанию немного влажное. Ну или ровнять как-то температуру с температурой среды.

А с разными капиллярами данные и будут разные.. Вам такой предмет как "метрология" не преподавали? А жаль... Вам на каждый чих надо по 100 (минимум) измерений проводить и затем их обрабатывать как положено - строить распределение Гаусса, выкидывать отбившиеся от рук измерения и т.д. (потом перестраивать гаусса ).
Удачи

К сожалению, у меня был только один курс ПТЭ, с преподом, от которого знаний перенять не удалось. То есть понятно, что для повторимости нужно идеализировать все условия, сделать много однотипный экспериментов. Именно поэтому я хотел сперва попробовать рассчитать теоретически.

P.S. И снимите характеристику для однородного состава (который применяете в эксперименте) от влажности воздуха. Но там тоже придётся неслабо попотеть - реально материала на дисер хватит, если припрячь студентов, которые от нехрен делать будут решать Вам матобоснование.

Дисер у меня один уже есть, а вот студенты...

Вампирим ? Ну-ну

были-были, да вышли все

C матмоделью при таких условиях будет еще больший затык.
Так чтоа больше. Целая система.

К сожалению...

В общем, вижу что я запутал всех

Попробую переформулировать пост:

Дано: гидрофильный микроканал (контактный угол с плазмой 20 град), плазма крови.
Задача: определить высоту канала, больше которой доминируют капиллярные силы, меньше которой доминируют силы трения.
Определения слова "доминируют": Когда плазма попадает на вход канала, она течет под действием капиллярных сил и сил трения. В случае когда "доминируют" силы трения, поскольку сила трения зависит от площади, в какой-то момент капиллярных сил становится недостаточно, чтобы протягивать плазму через узкий канал, и она останавливается. В случае, когда "доминируют" капиллярные силы, вся плазма уйдет в канал. Капиллярные силы с увеличением высоты уменьшаются, как уменьшается и сила трения. Капиллярные силы считаем давлением Лапласа, связь с высотой канала - (1/w+1/h) (w-ширина канала, h-высота). Как считать силу трения я не знаю.