유변학

유변학(流變學, Rheology)은 물질의 변형과 움직임을 연구하는 과학 분야이다. 콜로이드성 물질, 고분자 물질, 생체 물질 등의 복잡한 계면성 또는 물리적, 화학적 조성을 가진 유동성 물질이 힘이나 에너지에 대하여 반응하는 탄력, 변형, 유동 등의 다양한 현상을 연구한다.

한편 이처럼 고체, 액체, 기체 등 물질의 상태에서 물질이 이들 2가지 이상 복합적인 성질을 보여주는 현상을 연구하는 학문을 유변학(流變學·Rheology)이라고 하는데 '리오(rheo-흐른다)'라는 그리스어에서 유래한다.

여기에는 비뉴튼 유동이나 데버러 수 그리고 레이놀즈 수 등이 주요하게 관여한다.

캐손 유체

비뉴튼 유체 중 캐손 유체 모델(Casson fluid)에서 전단 응력과 전단율 사이의 관계는 혈액에서의 경우 다음과 같이 정의될 수 있다.

${\sqrt {\tau }}=S{\sqrt {dV \over dy}}+{\sqrt {\tau _{0}}}$

𝜏 = Shear stress(전단응력)

$\tau _{0}$ = yield stress(항복응력)

${{dV} \over {dy}}$= 전단율(Shear rate)

$S=\left({\mu \over (1-H)^{\alpha }}\right)^{\left({\frac {1}{2}}\right)}$, µ = 점성(Viscosity), α : 단백질 구성 정도 , H = 헤마토크릿 수

이때 $S$는 캐손점도(Casson viscosity)이다.

레이놀즈 수

유체 역학에서 레이놀즈 수는 점성 힘에 대한 관성력(v_sρ)의 비율을 측정 한 값(μ/L)이다. 그리고 주어진 흐름 조건에 대해 이 두 가지 유형이 상대적 영향의 중요성을 정량화한다. 즉 낮은 레이놀즈 수에서는 점성 효과가 지배적이게되며 흐름은 층류인 반면 높은 레이놀즈 수에서는 관성이 지배적이며 흐름은 난기류일 수 있다. 그러나 유동성은 고정 점도가 아닌 유동성 및 시간에 따라 변할 수 있는 유체와 관련되기 때문에 레이놀즈 수의 계산이 복잡할 수 있다.

이것은 유체 역학에서 가장 중요한 무차원수인 단위 중 하나이며 일반적으로 다른 무차원 숫자와 함께 사용되어 동적 유사성을 결정하기 위한 기준을 제공한다. 두 개의 기하학적으로 비슷한 흐름 패턴이 서로 다른 유속을 가진 서로 다른 유체에서 관련 무차원 수에 대해 동일한 값을 가지면 동적으로 유사하다고 한다.

레이놀즈 수의 정의는 다음 식과 같다.

$Re={\rho {v_{s}^{2} \over {L}} \over {\mu {{v_{s}} \over {L^{2}}}}}={\rho v_{s}L \over \mu }={v_{s}L \over \nu }$

여기에서 $v_{s}$는 유동의 평균 속도, $L$은 특성 길이(characteristic length), $\mu$는 유체의 점성 계수(Dynamic Viscosity),$\nu$는 유체의 동점성 계수(Kinematic Viscosity), $\rho$는 유체의 밀도이다.

같이 보기

• 유체역학

참고

• Analysis of Casson Fluid Flow over a Vertical Porous Surface with Chemical Reaction in the Presence of Magnetic Field
• Viscosity‐depth profiles according to the Ree‐Eyring viscosity relations ,Melvin A. Cook,First published: 1 June 1963