On Flow Measurements and Rheology of Time-Dependent Phenomena in non-Newtonian Fluid Flows

QC260416

Abstract

Icke-Newtonska fluider är allestädes närvarande i många naturliga och syntetiska processer som omger oss. Även om vi bokstavligen är omslutna av luft eller vatten och Newtonska fluider är oundgängliga för industriella framsteg är, från ett tekniskt perspektiv, Newtonska fluider endast en del av helheten - strömmande mediers fysik - där en mer komplett och generell beskrivning, utan några antaganden om konstant viskocitet, är läran om icke-Newtonska fluider. Inom detta kunskapsfält kan den grundläggande komplexiteten vara oerhörd, vilket avviker från den norm som sätts av Newtonska fluiders ofta intuitiva och bekanta beteende varför - givet fältets omfattande flora av öppna problem - det krävs djupa grundläggande undersökningar. Olika klasser av icke-Newtonska fluider kan ha skjuvberoende viskocitet, lagra elastisk energi och frigöra denna ur fas med det lokala strömningsfältet och till yttermera visso med multipla tidsskalor, genomgå konstant och bilateralt sönderfall och rekonstruktion, ha minneseffekter, åldras och kan till och med vara levande materia.         

I denna avhandling studeras en mängd fenomen relevanta för tidsberoende flöden och övergångar mellan olika tillstånd som uppkommer i icke-Newtonska fluiders dynamik experimentellt med ett brett spektrum av metoder för flödes- och reologimätningar. Fluider med viskoelastiska (VE), elastoviskoplastiska (EVP) och tixo-elastoviskoplastiska (TEVP) beteenden har studerats med avseende på väggslirning, tryckdriven kanalströmning, tixotropi och minneseffekter, elasticitets- och skjuvbandsdrivna instabiliteter, tröghetsdominerade instabiliteter och transition till turbulens, krypdynamik samt strömning runt föremål och i kanaler med varierande form och tvärsektion. För detta ändamål har mättekniker som partikelbildsvelocimetri (PIV), laser Doppler velocimetri (LDV), Doppler-optisk koherenstomografi (D-OCT), strukturbestämningar nyttjandes intensitetssignalen från optisk koherenstomografi (OCT) och polariserande avbildning (PLI) samt reometri med konstant, oscillerande och superpositionsreologi. Resultaten avser såväl utveckling av och nyttjande av mätteknikerna som fysikalisk tolkning av de studerade tidsberoende strömningarna, rapporteras i de bilagda manuskripten och sammanfattas i den direkt följande sammanfattningen.

Link to DiVA