非牛顿黏性薄片的折叠不稳定性：剪切变稀与剪切增稠效应
流体动力学
2021-02-16 v1
摘要
在本工作中，我们扩展了 Ribe [Physical Review E 68, 036305 (2003)] 先前针对牛顿黏性流体的分析，通过研究剪切增稠（胀流性）和剪切变稀（假塑性）对黏度由幂律本构方程给出的非牛顿黏性薄片中折叠不稳定性发展的影响。此类不稳定性由压缩应力触发：黏性薄片以极小初速离开通道、下落，随后撞击固体表面或流体基底。我们的研究采用结合直接数值模拟、能量收支分析、标度律和实验的混合方法。数值结果基于多相流的自适应变分多尺度方法，实验则采用 Carpobol 凝胶薄片。观察到两种折叠机制：(1) 黏性机制；(2) 重力机制。有趣的是，仅后者受材料内剪切变稀/增稠表现的影响。简言之，当重力与非牛顿黏性薄片上的黏性力平衡时，折叠幅度和折叠频率均由薄片细长比、伽利略数（重力应力与黏性应力之比）和流动行为指数的幂律函数给出。高剪切增稠材料产生大幅度（低频率）不稳定性，而剪切变稀效应倾向于抑制并最终终止此类不稳定性。最后，还仔细探讨了非牛顿效应对折叠起始/终止的影响。据此给出了非牛顿折叠起始与终止判据。
引用
@article{arxiv.2102.07161,
title = {Folding instabilities in non-Newtonian viscous sheets: shear thinning and shear thickening effects},
author = {Anselmo Pereira and Nicolas Valade and Elie Hachem and Rudy Valette},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.07161},
year = {2021}
}