Modelling transient shear banding in Couette geometry

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2011

Department

Teknillisen fysiikan laitos

Major/Subject

Fysiikka (laskennallinen fysiikka)

Mcode

Tfy-105

Degree programme

Language

en

Pages

vi + 58

Series

Abstract

Long-living transient shear banding in a simple yield stress fluid has recently been observed in Couette rheometer. Here a computational model which shows qualitatively similar behavior to the experimental findings is investigated in detail. The model is based on population balance equations which are frequently used to model colloids. An attempt is made to fit the experimental results and to reproduce the experimentally found relationship between the characteristic scalings between the shear rate and stress controlled fluidization times and the Herschel - Bulkley fit to the steady state flow curve. No exact fit could be obtained and the relationship could not be unambiguously reproduced with the model. At low shear rates deviations from the power-law scaling in the fluidization times were obtained. These are most likely due to the geometry induced stress heterogeneity and the stress plateau in the flow curve.

Pitkäikäistä, tilapäistä leikkausjuovaisuutta (transient shear banding) on äskettäin kokeellisesti havaittu yksinkertaisissa myötörajanesteissä Couette reometrissä. Tässä työssä on yksityiskohtaisesti tutkittu laskennallista mallia, joka osoittaa laadullisesti samanlaista käyttäytymistä kokeellisten havaintojen kanssa. Malli pohjautuu populaatiotasapainoyhtälöihin (PBE), joita käytetään usein kolloidien mallinnuksessa. Työssä mallia yritetään sovittaa koetuloksiin ja toistaa kokeellisesti todettu suhde nesteytymisaikojen (fluidization time) skaalauseksponenttien ja virtauskäyrän Herschel - Bulkley sovituksen parametrien välillä. Tarkka sovitus ei ollut mahdollinen, eikä kokeellista riippuvuutta eksponenttien välillä voitu yksiselitteisesti todentaa mallilla. Alhaisilla leikkausnopeusarvoilla havaittiin poikkeama nesteytymisaikojen potenssilakiskaalautuvuudesta. Poikkeamat ovat peräisin todennäköisesti geometriasta johtuvasta stressin heterogeenisuudesta ja virtauskäyrän muodosta.

Description

Supervisor

Alava, Mikko

Thesis advisor

Puisto, Antti

Keywords

transient shear banding, tilapäinen leikkausvyö, population balance equations, populaatiotasapainoyhtälöt, simple yield stress fluid, myötörajaneste, rheology, reologia

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122358369

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI