تاثیر شکل ذرات میکرومتری بر رفتار رئولوژیکی سوسپانسیون‌های غلیظ آن‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

چکیده

شکل ذرات یکی از فاکتورهای مهم و اساسی بر رفتار رئولوژیکی سوسپانسیون‌های پرشده محسوب می‌شود. در این تحقیق برای اولین بار اثر سه شکل متفاوت از ذرات بر رفتار رئولوژیکی سوسپانسیون‌های غلیظ در سه شکل کروی، سهمی گون بیضوی و قایقی بر پایه رزین آکریلاتی مورد مطالعه قرار گرفت. ذرات کروی به روش فتوپلیمریزاسیون تعلیقی و ذرات غیرکروی به روش چاپ سه بعدی (DLP) تولید شده و سپس در بستر روغن سیلیکون پراکنده شدند. منحنی‌های جریان در غلظت‌های مختلف برای هر سه شکل اندازه‌گیری و در تمام نمونه‌ها رفتار غلیظ شوندگی برشی با افزایش نرخ برش مشاهده شد. کسر حجمی بیشینه تراکم برای هر سیستم به کمک مدل کریگر-دورتی به روش حداقل مربعات برازش شد. این مقدار برای شکل کروی ماکزیمم بوده و در شکل‌های غیر کروی نیز با افزایش نسبت منظر، کاهش می‌یابد. حلقه پسماند مشاهده شده در منحنی‌های جریان با افزایش کسر حجمی، روند افزایشی و سپس در نزدیکی کسر حجمی بیشینه تراکم، با شیب زیاد کاهش شدیدی را نشان می­دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]          Mueller S., Llewellin E. W., and Mader H. M., The rheology of suspensions of solid particles, Proc. R. Soc. A., Vol 466, pp 1201–1228, 2010.
[2]          Guazzelli E. and Pouliquen O., Rheology of dense granular suspensions,Fluid Mech anics, Vol. 852, pp. 1–73, 2018.
[3]          Stickel J. J. and Powell R. L., Fluid mechanics and rheology of dense suspensions, Annu. Rev. Fluid Mech., Vol. 37, pp. 129–149, 2005.
[4]          jan Mewis N. J. W., Colloidal Suspension Rheology, First. Cambridge University, 2012.
[5]          Bergström L., Rheology of concentrated suspensions, Surf. Colloid Chem. Adv. Ceram. Process., Vol. 15, No. 1971, pp. 193–244, 2017.
 [6]         Dbouk T., Rheology of concentrated suspensions and shear-induced migration. Université Nice Sophia Antipolis, 2011.
[7]          Chang C. and Powell R. L., Hydrodynamic transport properties of concentrated suspensions, AIChE J., Vol. 48, No. 11, pp. 2475–2480, 2002.
[8]          An Zh., Zhang Y., Li Q., Wang H., Guo Zh., Zhu J., Effect of Particle Shape on the Apparent Viscosity of Liquid−solid Suspensions, Powder Technology Vol. 328, No 1, pp 199-206, 2018.
[9]          Maurath J., Bitsch B., Schwegler Y., Willenbacher N., Influence of particle shape on the rheological behavior of three-phase non-brownian suspensions, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects Vol.497, pp 316–326, 2016.
[10]        Krieger I. M. and Dougherty T. J., A Mechanism for NonNewtonian Flow in Suspensions of Rigid Spheres, Transactions Of The Society of Rheology, Vol.3, pp 137-152, 2013.
 [11]       Pal R., New Generalized Viscosity Model for Non-Colloidal Suspensions and Emulsions, Fluids, Vol 5, No3, pp 150-149, 2020.
 [12]       Crassous J. J., Casal-Dujat L., Medebach M., Obiols-Rabasa M., Vincent R., Structure and Dynamics of Soft Repulsive Colloidal Suspensions in the Vicinity of the Glass Transition, Langmuir, Vol 29, No 33, pp 10346–10359, 2013.
 [13]       James N. M., Xue H., Goyal M., and Jaeger H. M., Controlling Shear Jamming in Dense Suspensions via the Particle Aspect Ratio, Soft Matter, Vol 15 No 18, pp 3649-3654. 2019
[14]        Brown E. and Jaeger H. M., The role of dilation and confining stresses in shear thickening of dense suspensions, J. Rheology vol. 56, pp 875-890, 2012.
[15]        Chu C. E., Groman J. A., Sieber H. L. and Miller J. G., Hysteresis and Lubrication in Shear Thickening of Cornstarch Suspensions, Soft Condensed Matter, Vol. 1, pp. 1–13, 2018.
[16]        Srinivasan S., Van Den Akker H. E. A., and Shardt O., Shear thickening and history-dependent rheology of monodisperse suspensions with finite inertia via an immersed boundary lattice Boltzmann method, International Journal of Multiphase Flow, Vol. 125, pp 1-12, 2020.
[17]        Farhadi S. and Behringer R. P., Dynamics of sheared ellipses and circular disks: Effects of particle shape, Phys. Rev. Lett., Vol. 112, No. 14, pp. 1–5, 2014.
[18]        Moghimi E. and Petekidis G., Mechanisms of two-step yielding in attractive colloidal glasses, J. Rheol., Vol. 64, No. 5, pp. 1209–1225, 2020.