致密水凝胶颗粒悬浮液非局域流动行为中的压力敏感性
软凝聚态物质
2023-08-02 v1
摘要
缓慢剪切的颗粒介质（如沙子和悬浮液）呈现异质流动，因为它们通过狭窄剪切带屈服，其中累积了大部分应变。从微观角度理解剪切带局部化仍是一项重大挑战。一类所谓非局域理论指出，剪切区的宽度应依赖于应力场。我们通过使用一种独特应力敏感的悬浮液，并在可良好调控剪切带的经典几何构型——Split-Bottom Shear Cell (SBSC) 中探测其流动行为，来显式检验这一图像。该应力敏感悬浮液由轻度多分散的柔软、光滑水凝胶球浸没于水中构成。我们在通过流体静力学效应和压缩控制约束应力的情况下，测量其流动曲线和流变性质。我们利用基于磁共振成像的粒子图像测速（MRI-PIV）和离散元方法（DEM）模拟确定了准静态流动 regime 下的平均角速度曲线。我们将一个压力敏感的非局域颗粒流动性（NGF）模型显式匹配到观测到的流动行为。我们发现，对于该类悬浮液，在近乎密度匹配的流体颗粒混合物所产生的低约束应力下，剪切带变得极宽，而在有限的外加压缩水平下则塌缩为狭窄剪切区。DEM 和 NGF 结果定量匹配观测，证实了所推测的悬浮液压力敏感性及其在 NGF 中的作用。我们的结果表明，为描述颗粒介质的缓慢流动，压力敏感性应成为非局域流动规则的一部分。
引用
@article{arxiv.2308.00140,
title = {Pressure sensitivity in non-local flow behaviour of dense hydrogel particle suspensions},
author = {Zohreh Farmani and Nazanin Ghods and Harkirat Singh and Jing Wang and Ralf Stannarius and Stefan Radl and David L. Henann and Joshua A. Dijksman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.00140},
year = {2023}
}
备注
5 pages, 3 figures