叶片-杯式流变仪夹具中屈服与粘塑性流动的计算流变测量分析
软凝聚态物质
2022-07-13 v2 流体动力学
摘要
本文提出一种平面二维计算分析方法，以评估传统及分形叶片置于杯中的几何构型在带与不带滑移的简单粘塑性流体精确流变测量中的适用性。基于自适应增广拉格朗日格式的数值模拟，用于研究臂数 N=3 至 24 的叶片工具内部及周围屈服应力流体在宽范围宾汉数 B（即屈服应力与特征粘性应力之比）下的二维流场。由此可精确计算不同几何叶片周围的速度与应力场，并直接与流变仪测得的输出扭矩实验观测相比较，揭示偏差与误差来源。我们描述了叶片结构对流体速度场的影响：少臂十字形叶片（N < 6）显著扰动流动使其偏离理想方位运动学，而多臂分形叶片（N > 12）的内部结构特征被屈服面成功“隐身”，导致几乎圆形的粘塑性流体环发生剪切，其与无滑移旋转圆柱转子周围变形的环形流体无异，从而实现对材料流动曲线更精确的流变测量。此外，与既往文献数据直接对比表明，叶片表面滑移条件不影响速度场或测得的总扭矩 T，而光滑外壁上的滑移条件即使在使用叶片几何时也对数据有显著影响。最后，我们描述了叶片形貌与宾汉数 B 对采用宾汉塑性或 Herschel-Bulkley 本构模型描述的“简单”（非弹性）屈服应力流体在叶片-杯构型中测得扭矩及流变精度的影响。
引用
@article{arxiv.2202.04255,
title = {Computational Rheometry of Yielding and Viscoplastic Flow in Vane-and-Cup Rheometer Fixtures},
author = {Emad Chaparian and Crystal E. Owens and Gareth H. McKinley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.04255},
year = {2022}
}