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デボラ・ナンバー

1960
  • Markus Reiner
流体材料のデボラ数を測定する実験室でのレオロジー実験。.

(画像はイメージです)

デボラ数はレオロジーにおける無次元量であり、材料の流動性を特徴づけるために用いられます。これは、材料固有の性質である緩和時間と、実験または観測の特性時間スケールとの比です。式は [latex]De = frac{t_c}{t_p}[/latex] で、ここで [latex]t_c[/latex] は緩和時間、[latex]t_p[/latex] は観測時間です。

デボラ数は、特定の条件下で材料が流体として振る舞うか固体として振る舞うかを理解するための重要な枠組みを提供する。デボラ数が高い([latex]De >> 1[/latex])場合は固体のような挙動を示し、変形プロセスが完了する前に材料が緩和して流動するのに十分な時間がない。この領域では、材料の弾性特性が支配的となる。典型的な例は、液体のようにゆっくりと伸ばすことができるスライムである([latex]De 1[/latex])。

逆に、デボラ数([latex]De < 1[/latex])が低いほど、流体のような挙動を示します。観測時間は材料の緩和時間よりもはるかに長いため、分子鎖や粒子が加えられた応力に応じて再配列して流動することができます。水などの一般的な液体は緩和時間が非常に短いため、日常的な状況ではデボラ数はほぼ常に非常に低く、単純な粘性流体として振る舞います。

この概念は、聖書に登場する預言者デボラの歌の一節「山々は主の前に流れ出た」にちなんで名付けられたマルクス・ライナーによって提唱されたことで有名です。この詩的な表現は、この概念の本質を捉えています。山のような一見固い物質でさえ、十分に長い時間スケール(地質学的時間)で観察すれば、流動する可能性があるということです。デボラ数は、プロセス工学、特にポリマーのような粘弾性材料において基礎となる概念です。ポリマーでは、溶融破壊などの欠陥を避けるために、加工速度(t_pを決定する)を材料の緩和時間(t_c)に対して慎重に制御する必要があります。

UNESCO Nomenclature: 2203
連続体力学

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • concept of viscosity (newton)
  • 弾性理論(フック)
  • 連続体力学の発展
  • 分子緩和過程の理解

アプリケーション

  • ポリマー加工
  • ガラス製造
  • 地球物理学(マントル対流)
  • 食品加工

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:デボラ数、レオロジー、粘弾性、無次元数、緩和時間、流体力学、連続体力学、マルクス・ライナー。

歴史的背景

デボラ・ナンバー

1950
1957
1958
1960
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1957
1957
1959-11
1960
1960
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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