通过溃坝实验确定三相悬浮液的流变学特性

Janine Birnbaum; Einat Lev; Edward W. Llewellin

doi:10.1098/rspa.2021.0394

通过溃坝实验确定三相悬浮液的流变学特性

流体动力学 2021-08-25 v1 地球物理

作者: Janine Birnbaum , Einat Lev , Edward W. Llewellin

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摘要

三相悬浮液，即液体中悬浮着分散的固体颗粒和气泡，在自然和工业环境中都很常见。其流变学特性受到的约束很少，尤其是在总悬浮分数较高（ $\gtrsim 0.5$ ）的情况下。我们使用溃坝稠度计来表征（牛顿）玉米糖浆、塑料颗粒和CO $_2$ 气泡悬浮液的流变学特性。这项研究源于理解岩浆和熔岩流变学的愿望。我们的实验按火山系统进行了缩放：它们在非布朗、非惯性状态下进行；气泡毛细管数在1附近变化；气泡和颗粒分数分别为 $0\leq\phi_{gas}\leq0.82$ 和 $0\leq\phi_{solid}\leq0.37$ 。我们测量了流前速度，并反演了作为 $\phi_{gas}$ 、 $\phi_{solid}$ 和毛细管数函数的Herschel--Bulkley流变学模型。我们发现，在低到中等毛细管数范围内，相对粘度随 $\phi_{gas}$ 增加而增加的程度比现有理论预测的更强，并且根据毛细管数的不同，发现了剪切稀化和剪切增稠效应。我们将我们的模型应用于现有的熔岩流就位社区代码PyFLOWGO，并预测与当前的流变学模型相比，粘度增加而速度降低，这表明现有模型可能没有充分考虑到气泡在使熔岩变硬中的作用。

关键词

三相悬浮液流变学溃坝实验 Herschel-Bulkley模型毛细管数岩浆熔岩流

引用

@article{arxiv.2108.10348,
  title  = {Rheology of three-phase suspensions determined via dam-break experiments},
  author = {Janine Birnbaum and Einat Lev and Edward W. Llewellin},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2108.10348},
  year   = {2021}
}

备注

17 pages, 4 figures, 8 supplemental pages, 5 supplemental figures, 2 supplemental tables, to be published in Proceedings of the Royal Society A. Additional data available at https://doi.org/10.5281/zenodo.4685257, and data processing code available at https://doi.org/10.5281/zenodo.4707969 or https://github.com/JanineBirnbaum18/3-phase-flow

通过溃坝实验确定三相悬浮液的流变学特性

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关键词

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