2021-11-18
介紹
復雜流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)，是(shi)由(you)無(wu)數(shu)個微小的(de)(de)(de)(de)微觀(guan)體(ti)系(xi)共同組成的(de)(de)(de)(de)一個宏(hong)觀(guan)體(ti)系(xi)。在(zai)(zai)液體(ti)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動過程中(zhong)，可(ke)能(neng)存在(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)復雜流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)場，導(dao)致(zhi)非牛(niu)頓的(de)(de)(de)(de)行(xing)(xing)為。例(li)如(ru)，聚合(he)(he)物溶液在(zai)(zai)剪(jian)切(qie)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)中(zhong)，溶解的(de)(de)(de)(de)聚合(he)(he)物分(fen)子的(de)(de)(de)(de)拉伸(shen)誘導(dao)了的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)粘度(du)的(de)(de)(de)(de)減少（和(he)(he)高(gao)剪(jian)切(qie)速(su)率下的(de)(de)(de)(de)剪(jian)切(qie)變(bian)稀行(xing)(xing)為）。因此(ci)，樣品在(zai)(zai)不同的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)下具(ju)有不同的(de)(de)(de)(de)響應(ying)特(te)(te)性，所以研究人員需要完(wan)整的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)變(bian)曲線(xian)的(de)(de)(de)(de)來反映(ying)樣品粘度(du)隨所施加的(de)(de)(de)(de)剪(jian)切(qie)速(su)率的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)行(xing)(xing)為，這些特(te)(te)殊(shu)行(xing)(xing)為決(jue)定(ding)著(zhu)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)加工性能(neng)和(he)(he)使用性能(neng)。普通的(de)(de)(de)(de)機械流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)變(bian)儀由(you)于高(gao)速(su)剪(jian)切(qie)產生湍流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)限制了流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)變(bian)性的(de)(de)(de)(de)測(ce)量，微流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)控可(ke)視(shi)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)變(bian)儀突破了原(yuan)有的(de)(de)(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)理論(lun)，將流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)變(bian)測(ce)試(shi)(shi)變(bian)得更(geng)加簡(jian)單和(he)(he)精確(que)。本應(ying)用將機械流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)變(bian)數(shu)據(ju)和(he)(he)Fluidicam微流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)控可(ke)視(shi)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)變(bian)儀的(de)(de)(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)數(shu)據(ju)對比結合(he)(he)，并(bing)進行(xing)(xing)了流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)變(bian)模型擬合(he)(he)。
樣品
溶液由3%乳清蛋白(bai)分離物(wu)(Pronativa 95 from Lactalis France)和0.4%黃原膠(jiao)(Ketrola AP from Kelco)混合而成。
儀器(qi)
溶液在低剪切速率(0.1-1000s-1)下的流變特性是通過機械流變儀(AR1000 TA儀器)進行的，采用錐板幾何形狀(直徑40毫米，錐角4°)。在AR1000流變儀可用的最大剪切速率下，黃原膠溶液尚未達到第二個牛頓平臺。故采用FLUIDICAM微流控可視流變儀測量高剪切速率域[103-105]s-1的(de)流變特性 (FLUIDICAM RHEO, Formulaction Toulouse, FRANCE)，兩組(zu)數據均繪制(zhi)在Fig.1中(zhong)，擬合參數如表1所示。
結果
Carreau-Yasuda方程
為了表(biao)達溶液的粘性流動(dong)響應，需要定義一些(xie)參數，本文應用Carreau-Yasuda流變(bian)方程進行擬合，擬合結果如(ru)下：
μ1是牛頓平臺區粘(zhan)度(du)(du)（零(ling)剪(jian)切(qie)(qie)粘(zhan)度(du)(du)）；μ2是第二牛頓平臺區粘(zhan)度(du)(du)（剪(jian)切(qie)(qie)速(su)率非常(chang)大時(shi)聚合物剪(jian)切(qie)(qie)變稀達到的另一個平衡粘(zhan)度(du)(du)）；a為控(kong)制從零(ling)剪(jian)切(qie)(qie)牛頓平臺到剪(jian)切(qie)(qie)變稀指(zhi)(zhi)數(shu)區域的粘(zhan)度(du)(du)轉(zhuan)變速(su)度(du)(du)的常(chang)數(shu)（a＜1時(shi)，轉(zhuan)變區域擴(kuo)大）；λ時(shi)松弛時(shi)間（指(zhi)(zhi)材料受(shou)力變形，外力解除(chu)后恢復正常(chang)狀(zhuang)態所(suo)需的時(shi)間），m為流型指(zhi)(zhi)數(shu)（m越(yue)小，非牛頓流體(ti)越(yue)顯(xian)著；m=1，流體(ti)呈牛頓行(xing)為）。
參考文(wen)獻
J. Sepulveda, A. Montillet, D. Della Valle, C. Loisel, A. Riaublanc, Deformation of gas-liquid interfaces in a non-Newtonian fluid at high throughputs inside a microfluidic device and effect of an expansion on bubble breakup mechanisms, Chemical Engineering Science (2019)
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