Вдалося визначити особливості динаміки окремих частинок, що приводить до появи у рідини неньютоновского поведінки, яка демонструється кетчупом, фарбами та багатьма іншими рідинами

Дослідники з США заявляють, що їм вдалося визначити особливості динаміки окремих частинок, що приводить до появи у рідини неньютоновского поведінки, яка демонструється кетчупом, фарбами та багатьма іншими рідинами. Результати дослідження, для проведення якого застосовувалася конфокальна мікроскопія та вимірювання сил поверхневого натягу, можуть виявитися корисними для розробки промислового обладнання.

Нормальні, ньютона рідини являють собою в’язкі рідини, що підкоряються у своєму плині закону в’язкого тертя Ньютона, тобто дотичне напруження і градієнт швидкості лінійно залежні. Коефіцієнт пропорційності між цими величинами відомий як в’язкість (прикладом ньютонівської рідини є вода).

Однак томатний кетчуп, відноситься до неньютоновским рідин, залишається твердим на дні пластикової пляшки до тих поки, поки її не стискають, однак при стисненні бутлі відбувається викликаний зсувом розрідження, і кетчуп починається рухатися як в’язка рідина. Суміш кукурудзяного крохмалю і води, навпаки, практично твердне при механічному впливі – це називається «викликаний зсувом загустіння».

Одна з гіпотез, що пояснюють поведінку неньютонівських рідин, полягає в пошаровому рух частинок, що входять до складу такої рідини. У разі викликаного зрушенням розрідження частинки переміщуються з обтічним траєкторіях, і число зіткнень, що призводять до збільшення в’язкості, зменшується, для викликаний зсувом загусання, навпаки, збільшується число зіткнень.

Однак, методи, що застосовувалися для вивчення неньютонівських рідин в минулому, наприклад, метод рентгенівського розсіювання, не могли однозначно підтвердити або спростувати гіпотезу.


Рис. 1. Розуміння природи поведінки неньютонівських
рідин дозволить модифікувати промислові та
технологічні процеси, що протікають за участю
таких рідин.

Сян Ченг (Xiang Cheng) з колегами з Корнелского Університету виконали експерименти, результати яких дозволяють припустити, що гіпотеза переміщаються шарів не зовсім вірна. За допомогою конфокального мікроскопа і віскозиметра дослідники отримали візуалізувати рух завислих у воді сфер з оксиду кремнію і гліцерину і ближче поглянути на переходи, що відбуваються при викликаному зрушенням розрідженні і викликаних зсувом загусанні неньютонівських рідин.

Згідно з отриманими в групі Ченга результатами, ступінь шаруватості рідини не є визначальним фактором для неньютоновского поведінки рідини. Дослідники вважають, що розрідження відбувається при зсуві, енергія якого перевищує енергію термічного хаотичного броунівського руху частинок, що приводить до випадково-статистичному диспергуванню частинок. Що ж стосується викликаного зрушенням загусання, за словами дослідників, воно може відбуватися в тому випадку, коли завислі в рідині частинки рухаються, стикаючись один з одним дуже швидко, і рідина не встигає переміщатися. У цьому випадку частки злипаються, утворюючи агрегати, що призводять до збільшення в’язкості рідини.

Неньтоновская рідина на динаміці.

Норман Вагнер (Norman Wagner) з Університету Делавара зазначає, що в групі Ченга вперше було візуалізовано стан неньютоновский рідини, запропоноване для пояснення природ викликаного зрушенням розрідження ще близько 20 років тому. Він заявляє, що результати експерименту можуть пролити світло на микромеханику складних рідин, проте Джон Бреді (John Brady) з Каліфорнійського Технологічного Інституту вважає, що, незважаючи на безсумнівну цінність у розробці експериментального методу для вивчення неньютонівських рідин і отриманих результатів, необхідно провести ще більш повний аналіз цих даних – Бреді заявляє, що Ченг і його колеги спиралися на надзвичайно спрощене рівняння, яке описує релаксацію частинок в суспензії.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *