Çökelme hızı
Kısa tanım
Çökelme hızı, bir akışkan içindeki katı parçacığın yer çekimi etkisiyle dibe doğru inerken ulaştığı sabit hızdır; küçük parçacıklarda Stokes yasasıyla hesaplanır.
Diğer adları: Çökme hızı, Stokes hızı, Sedimantasyon hızı
Bulanık bir bardak suyu masaya bıraktığında önce iri kum taneleri dibe iner, ince kil ise saatlerce askıda kalır. Bu farkı açıklayan büyüklük çökelme hızıdır. Su arıtmadaki çöktürme havuzları, laboratuvar santrifüjleri ve nehir yataklarındaki tortu birikimi bu kavrama dayanır.
Stokes yasası
Küçük, küresel ve yavaş hareket eden parçacıklar için:
v = 2 (ρp − ρf) g r² / (9 μ)
- ρp, ρf: parçacık ve akışkan yoğunluğu (kg/m³)
- g: yer çekimi ivmesi (9,81 m/s²)
- r: parçacık yarıçapı (m)
- μ: akışkanın dinamik viskozitesi (Pa·s)
Örnek
Yarıçapı 0,05 mm olan bir kum tanesi (ρp = 2.650 kg/m³) yaklaşık 20 °C'deki suda (ρf = 1.000 kg/m³, μ ≈ 0,001 Pa·s) çöküyor olsun:
v = 2 × 1.650 × 9,81 × (5 × 10⁻⁵)² / (9 × 0,001) ≈ 0,009 m/s, yani saniyede yaklaşık 9 mm. Yarıçap on kat küçük olsaydı hız yüz kat azalırdı; çünkü hız yarıçapın karesiyle orantılıdır. İnce kilin günlerce askıda kalabilmesinin nedeni budur.
Geçerlilik sınırı
Stokes yasası, parçacık çevresindeki akışın düzgün (laminer) olduğu durumda geçerlidir. Pratikte Reynolds sayısının yaklaşık 1'in altında olması aranır. Yukarıdaki örnekte Re ≈ 1.000 × 0,009 × 0,0001 / 0,001 ≈ 0,9 çıkar; sınırda kabul edilir. Daha iri ve hızlı parçacıklarda sürükleme katsayısına dayalı formüller kullanılır.
Hızı etkileyen etkenler
- Sıcaklık arttıkça suyun viskozitesi düşer, çökelme hızlanır.
- Parçacık küresel değilse hız genelde azalır.
- Yoğunluk farkı sıfıra yaklaşırsa parçacık askıda kalır.
Değerleri girerek hesap yapmak için Stokes yasası aracını, akışın rejimini kontrol etmek için de Reynolds sayısı hesaplamayı kullanabilirsin.