剪切稀化粘弹性流体扭转流中的弹惯性不稳定性
流体动力学
2024-03-12 v2 应用物理
摘要
众所周知，具有弯曲流线的粘弹性流体在无惯性剪切流（如旋转锥板间的扭转流，或Taylor-Couette几何中的流动）中，当条件超过临界Weissenberg(Wi)数时，会对三维时间依赖的不稳定性变得不稳定。然而，流体弹性、剪切稀化和有限惯性（由Reynolds数Re量化）对弹惯性不稳定性起始的共同影响尚未被完全理解。使用一组锥板几何，我们针对一系列依赖于速率的粘弹性流体（使用剪切稀化参数量化）实验探索了整个Wi-Re相空间。我们通过改变溶液中的聚合物浓度来调节。这逐渐减弱了剪切稀化，但在弹性不稳定性起始前导致了有限惯性效应，从而自然地产生了弹惯性耦合。瞬态流变测量和流动可视化实验使我们能够研究流动几何的影响，并记录变化的Wi、Re和对不稳定性起始时二次运动出现的影响。所得临界状态图定量描绘了剪切稀化的稳定效应与惯性的失稳效应之间的竞争。我们通过使用标度论证纳入剪切稀化和有限惯性效应，推广了Pakdel和McKinley 1996年针对曲线几何中纯弹性不稳定性起始的弯曲流线不稳定性判据。该增强条件有助于在更广流动条件下预测不稳定性起始，从而弥合了纯弹性曲线流线不稳定性与弹惯性曲线流线不稳定性之间的鸿沟。
引用
@article{arxiv.2310.12050,
title = {Elasto-Inertial Instability in Torsional Flows of Shear-Thinning Viscoelastic Fluids},
author = {Rishabh V. More and Eugene Pashkovski and Reid Patterson and Gareth H. McKinley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.12050},
year = {2024}
}