Spatially resolved rheology modeling of complex fluids

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorPuisto, Antti, Dr., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
dc.contributor.authorMohtaschemi, Mikael
dc.contributor.departmentTeknillisen fysiikan laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Applied Physicsen
dc.contributor.labComplex Systems and Materialsen
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Scienceen
dc.contributor.supervisorAlava, Mikko, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
dc.date.accessioned2015-10-27T10:01:54Z
dc.date.available2015-10-27T10:01:54Z
dc.date.defence2015-11-02
dc.date.issued2015
dc.description.abstractMany complex fluids show yield stress behavior. However, the term yield stress has been subject of much controversy. The separation of yield stress fluids into thixotropic and simple ones resolves many of these issues. This division is mainly driven by experimental results and is suspect to active theoretical development. This thesis addresses yield stress fluids and associated phenomena through continuum modeling for fluids with time dependent structure evolution. In addition to homogeneous laminar shear modeling, the emergence of spatial effects in viscometric flow situations is addressed. Therefore the models are coupled to the creeping flow solution (1-D Stokes equation) of a concentric cylinder geometry, which enables comparisons with experimental observations. Further, the results from thixotropic yield stress fluids are applied to the analysis of rheology measurements of nanocellulose suspensions, which have peculiar rheological properties. In particular, shear rate sweeps are simulated utilizing a structural model for thixotropic yield stress fluids. The results indicate that spatial flow heterogeneities have to be taken into account. Additionally wall slip, which is known to play an important role in the flow of complex fluids is addressed through a simple model. The results in this thesis add to the understanding of nanocellulose suspensions and complex fluids in general.en
dc.description.abstractVaikka monilla kompleksisilla nesteillä on tunnetusti myötöraja, kyseiseen käsitteeseen ja sen määrittelyyn on kuitenkin liittynyt paljon ristiriitoja. Jakamalla myötörajanesteet yksinkertaisiin sekä tiksotrooppisiin, monet käsitteelliset ongelmat poistuvat. Tämä jako on toistaiseksi pitkälti kokeellisten tulosten varassa ja siihen liittyvä teoria on aktiivisen kehityksen alla. Tämä väitöskirja käsittelee myötörajaa ja siihen liittyviä ilmiöitä jatkumotason malleilla sellaisille nesteille, joilla on ajassa kehittyvä rakenne. Homogeenisen, laminaarisen leikkausvirtauksen lisäksi käsitellään spatiaalisten ilmiöiden syntyä. Tätä varten mallit yhdistetään sylinteri-sylinteri geometrian yksiulotteisen Stokesin virtauksen ratkaisuun mahdollistaen samalla vertailun kokeellisten havaintojen kanssa. Tiksotrooppisten myötörajanesteiden tuloksia sovelletaan nanoselluloosasuspensioden reologian analysointiin. Näiden suspensioden kokeellisia leikkausvirtauspyyhkäisyjä simuloidaan tiksotrooppisella rakennemallilla. Tulosten perusteella virtauksen  geometrisiä epähomogenisuuksia on otettava huomioon. Lisäksi kokeellisesti tärkeäksi havaittua liusumisilmiöta (wall slip), käsitellään yksinkertaisen mallin avulla. Tämän väitöskirjan tulokset edistävät nanoselluloosasuspensioden sekä yleisesti kompleksisten nesteiden ymmärrystä.fi
dc.format.extent72 + app. 59
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-952-60-6420-8 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-6419-2 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/18206
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-6420-8
dc.language.isoenen
dc.opnToschi, Federico, Prof., Eindhoven University of Technology TU/e, Netherlands
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[Publication 1]: Mikael Mohtaschemi, Antti Puisto, Xavier Illa, and Mikko J. Alava. Rheology dynamics of aggregating colloidal suspensions. Soft Matter, 10 2971–2981, January 2014. DOI: 10.1039/C3SM53082E
dc.relation.haspart[Publication 2]: Antti Puisto, Mikael Mohtaschemi, Xavier Illa, and Mikko J. Alava. Dynamic hysteresis in the rheology of complex fluids. Physical Review E, 91 042314, April 2015. DOI: 10.1103/PhysRevE.91.042314
dc.relation.haspart[Publication 3]: Mikael Mohtaschemi, Katarina Dimic-Misic, Antti Puisto, Marko Korhonen, Thaddeus Maloney, Jouni Paltakari, and Mikko J. Alava. Rheological characterization of fibrillated cellulose suspensions via bucket vane viscometer. Cellulose, 21 1305–1312 , March 2014. DOI: 10.1007/s10570-014-0235-1
dc.relation.haspart[Publication 4]: Mikael Mohtaschemi, Anni Sorvari, Antti Puisto, Markus Nuopponen, Jukka Seppälä, and Mikko J. Alava. The vane method and kinetic modeling: shear rheology of nanofibrillated cellulose suspensions. Cellulose, 21 3913–3925, August 2014. DOI: 10.1007/s10570-014-0409-x
dc.relation.haspart[Publication 5]: Marko Korhonen, Mikael Mohtaschemi, Antti Puisto, Xavier Illa, and Mikko J. Alava. Apparent wall slip in non-Brownian hard sphere suspensions. The European Physical Journal E, 38 46, May 2015. DOI: 10.1140/epje/i2015-15046-y
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries152/2015
dc.revBrandt, Luca, Prof., KTH Royal Institute of Technology, Sweden
dc.revHämäläinen, Jari P.I., Prof., Lappeenranta University of Technology LUT, Finland
dc.subject.keywordrheology modelingen
dc.subject.keywordyield stressen
dc.subject.keywordcomplex fluidsen
dc.subject.keywordnanocellulose suspensionsen
dc.subject.keywordreologiamallinnusfi
dc.subject.keywordmyötörajafi
dc.subject.keywordkompleksiset nesteetfi
dc.subject.keywordnanoselluloosasuspensiotfi
dc.subject.otherPhysicsen
dc.titleSpatially resolved rheology modeling of complex fluidsen
dc.titleKompleksisten nesteiden spatiaalinen reologiamallinnusfi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.archiveyes
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_64257
local.aalto.formfolder2015_10_27_klo_09_53
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526064208.pdf
Size:
1.2 MB
Format:
Adobe Portable Document Format