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Fluidicam與機(jī)械流變數(shù)據(jù)的流變模型擬合
介紹
復(fù)雜流體，是由無(wú)數(shù)個(gè)微小的微觀體系共同組成的一個(gè)宏觀體系。在液體流動(dòng)過程中，可能存在的復(fù)雜流體的流場(chǎng)，導(dǎo)致非牛頓的行為。例如，聚合物溶液在剪切流中，溶解的聚合物分子的拉伸誘導(dǎo)了的流體粘度的減少（和高剪切速率下的剪切變稀行為）。因此，樣品在不同的流速下具有不同的響應(yīng)特性，所以研究人員需要完整的流變曲線的來(lái)反映樣品粘度隨所施加的剪切速率的變化行為，這些特殊行為決定著材料的加工性能和使用性能。普通的機(jī)械流變儀由于高速剪切產(chǎn)生湍流限制了流變性的測(cè)量，微流控可視流變儀突破了原有的測(cè)試?yán)碚?，將流變測(cè)試變得更加簡(jiǎn)單和精確。本應(yīng)用將機(jī)械流變數(shù)據(jù)和Fluidicam微流控可視流變儀的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)合，并進(jìn)行了流變模型擬合。
樣品
溶液由3%乳清蛋白分離物(Pronativa 95 from Lactalis France)和0.4%黃原膠(Ketrola AP from Kelco)混合而成。
儀器
溶液在低剪切速率(0.1-1000s-1)下的流變特性是通過機(jī)械流變儀(AR1000 TA儀器)進(jìn)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(dá)到第二個(gè)牛頓平臺(tái)。故采用FLUIDICAM微流控可視流變儀測(cè)量高剪切速率域[103-105]s-1的流變特性 (FLUIDICAM RHEO, Formulaction Toulouse, FRANCE)，兩組數(shù)據(jù)均繪制在Fig.1中，擬合參數(shù)如表1所示。
結(jié)果
Carreau-Yasuda方程
為了表達(dá)溶液的粘性流動(dòng)響應(yīng)，需要定義一些參數(shù)，本文應(yīng)用Carreau-Yasuda流變方程進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如下：
μ1是牛頓平臺(tái)區(qū)粘度（零剪切粘度）；μ2是第二牛頓平臺(tái)區(qū)粘度（剪切速率非常大時(shí)聚合物剪切變稀達(dá)到的另一個(gè)平衡粘度）；a為控制從零剪切牛頓平臺(tái)到剪切變稀指數(shù)區(qū)域的粘度轉(zhuǎn)變速度的常數(shù)（a＜1時(shí)，轉(zhuǎn)變區(qū)域擴(kuò)大）；λ時(shí)松弛時(shí)間（指材料受力變形，外力解除后恢復(fù)正常狀態(tài)所需的時(shí)間），m為流型指數(shù)（m越小，非牛頓流體越顯著；m=1，流體呈牛頓行為）。
參考文獻(xiàn)
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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