非布朗磁流变流体中的表观屈服应力

我们使用模拟来探究稠密二维磁流变流体的流动性质。先前的实验和模拟结果均报道，剪切应力 $\sigma$ 与应变速率 $\dot \gamma$ 的标度关系为 $\sigma \sim \dot \gamma^{1-\Delta}$，其中指数值介于 $2/3 <\Delta \le 1$ 之间。然而，目前尚不清楚系统的哪些性质决定了 $\Delta$ 的值，特别是系统在何种条件下表现出屈服应力（$\Delta = 1$）。为了解决这些问题，我们对一个极简模型系统进行了模拟，其中粒子通过长程磁偶极力、有限程弹性排斥和粘性阻尼相互作用。我们发现表观指数 $\Delta$ 对粘性力定律的形式有惊人的依赖性。对于实验相关的体积分数 $\phi$ 和无量纲 Mason 数（量化粘性应力与磁应力之间的竞争）值，使用类 Stokes 阻力的模型显示 $\Delta \approx 0.75$ 且没有明显的屈服应力。然而，当耗散发生在接触处时，稳态流动曲线中出现了清晰的屈服应力平台。在任一情况下，向阻塞转变增加 $\phi$ 都足以引发屈服应力。我们将这些定性不同的流动曲线与粒子尺度的团簇机制联系起来。对于类 Stokes 阻力，随着 Mason 数趋于零（应变速率趋近于零和/或高场强），系统建立起各向异性的链状团簇。相比之下，对于接触阻尼，存在由非弹性碰撞引起的二次团簇机制。