Эластичная жидкость постоянной вязкости - Constant viscosity elastic fluid

Эластичные жидкости постоянной вязкости, также известный как Жидкости Boger эластичны жидкости с постоянным вязкость. Это создает эффект в жидкости, где она течет как жидкость, но при растяжении ведет себя как упругое твердое тело. Большинство эластичных жидкостей демонстрируют истончение сдвига (вязкость уменьшается по мере приложения деформации сдвига), потому что это растворы, содержащие полимеры. Но жидкости Boger являются исключением, поскольку они представляют собой сильно разбавленные растворы, поэтому разбавлять их можно так, чтобы их разбавление при сдвиге, вызванное полимерами, можно было игнорировать. Жидкости Boger производятся в основном путем добавления небольшого количества полимера в Ньютоновская жидкость с высокой вязкостью, типичным решением является полиакриламид смешанный с кукурузный сироп. Это простое соединение для синтеза, но оно важно для изучения реология потому что упругие эффекты и эффекты сдвига можно четко различить в экспериментах с жидкостями Богера. Без жидкостей Boger было трудно определить, неньютоновский эффект был вызван эластичностью, истончением сдвига или обоими; Неньютоновский поток, вызванный эластичностью, редко обнаруживался. Поскольку жидкости Богера могут иметь постоянную вязкость, можно провести эксперимент, в котором можно сравнить результаты расхода жидкости Богера и ньютоновской жидкости с одинаковой вязкостью, и разница в расходах покажет изменение, вызванное эластичность жидкости Богера.^[1]

Исследование

Оригинальная жидкость Boger

Жидкости Boger названы в честь Дэвид В. Богер, который в конце 1970-х был основным исследователем, продвигавшим изучение упругих жидкостей с постоянной вязкостью.^[2] Он выпустил свою первую статью о жидкостях Boger в 1977 году под названием «Высокоупругая жидкость с постоянной вязкостью», в которой описал идеальную жидкость для экспериментов как жидкость, которая является «высоковязкой и высокоэластичной при комнатной температуре и в то же время является оптически чистый ». Основная цель статьи состояла в том, чтобы провести эксперимент с высоковязкой и высокоэластичной жидкостью и зарегистрировать основные реометрические свойства жидкости. Такая жидкость позволит проводить эксперименты в условиях, на которые не влияют инерция эффекты истончения сдвига и влияние инерции будут легко различимы.^[3]
Он начал свои исследования с мальтозных сиропов (кукурузных сиропов), смешанных с небольшим количеством воды. Затем он проверил напряжение сдвига в зависимости от скорости сдвига раствора, чтобы доказать, что раствор представляет собой ньютоновскую жидкость. Это было сделано с помощью реогониометра Вайссенберга R16.^[4] (реогониометр, откалиброванный специально для измерения поведения вязкоупругий раствор полимера) для низких скоростей напряжения сдвига, а высокие скорости были измерены с помощью капиллярного реометра, устройства, используемого для измерения скоростей напряжения сдвига при высоком напряжении. Данные доказали, что существует линейная зависимость между напряжением сдвига и скоростью сдвига, причем наклон очень близок к единице, что означает, что мальтозный сироп действительно был ньютоновской жидкостью. После добавления 0,08% полимерного полиакриламида свойства текучести резко изменились. Жидкости были приданы упругие свойства, в то время как наблюдалось лишь небольшое разжижение при сдвиге, достаточно небольшое, чтобы его можно было игнорировать. Раствор сиропа имел свойства, очень похожие на расплав полимера, но не было разжижения при сдвиге, и материалы можно было производить при комнатной температуре.

Последующие жидкости Богера

Первоначальная жидкость Boger была водный раствор, как и все растворы, синтезированные до 1983 года, когда органические жидкости Boger были получены с использованием разбавленного раствора полиизобутилена (PIB) в смеси полибутена (PB) с небольшим количеством добавленного керосинового масла. С тех пор большинство жидкостей Boger были растворами ПИБ-ПБ. Другие рецепты включают:

полистирол в оглигомерном гликоле (Solomon and Muller 1996)
полиэтиленоксид в полиэтиленгликоль (Dontula et al. 2004)
полистирол в диоктилфталате (Odell & Carrington 2006)

Коммерческое использование

Утилизация отходов

На сегодняшний день лучшим применением жидкостей Boger является решение проблемы утилизации отходов, образующихся при переработке боксит на глинозем для использования в производстве алюминий, а их обычно в два или три раза больше "красная грязь «производится, чем глинозем. Обычно отходы, известные как« красный шлам », удаляли путем смывания через плотины миллионами литров воды. Плотины продолжают удерживать« красный шлам », потому что он не работает как строительный фундамент, а также не может использоваться в качестве сельскохозяйственных угодий.Компаниям нужно было найти способ эффективно вывозить все это на плотины, не забивая трубы, в которые они перебрасывались. С разработкой жидкостей Boger алюминиевый гигант Алкоа разработали способ превращать отходы в густое вещество, которое все еще могло стекать по трубам. Благодаря этому методу опасность взрыва труб была устранена, что привело к более устойчивой практике.^[5]