稠密纤维悬浮液黏度的本构模型

我们提出一种本构模型，用于预测在不同体积分数、长径比和剪切应力/速率下发生剪切变稀的纤维悬浮液的黏度。我们利用直接数值模拟的数据对模型进行标定，并通过预测文献中的实验测量值来证明模型的准确性。我们使用随纤维间法向载荷增大而减小的摩擦系数，定量再现实验观察到的纤维悬浮液中的剪切变稀现象。在该模型中，与体剪切应力成正比的有效法向接触力决定了有效摩擦系数。剪切应力的升高降低了悬浮液中的有效摩擦系数。因此，阻塞体积分数随剪切应力增大，导致悬浮液黏度出现剪切变稀。此外，我们扩展了该模型以量化纤维体积分数和长径比在悬浮液中的影响。我们利用速率控制剪切流的数值模拟数据对该模型进行标定。标定后，我们表明该模型可用于预测不同体积分数、剪切应力和长径比下的相对黏度。模型预测与文献中可用的实验测量结果高度吻合。本研究的发现有可能用于调整纤维尺寸和体积分数，以在各种应用中设计悬浮液流变学。