非ニュートン流体の粘性指状体における界面の不安定成長現象とそのフラクタル特性

非牛顿流体粘指界面的不稳定生长现象及其分形性质

• 批准号: 08750205
• 负责人: 山本 剛宏
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750205/
• 关键词: 非ニュートン流体; 粘性指状体; フラクタル; 不安定成長; Hele-Shawセル; 粘弾性流体; 表面張力; せん断粘度; 非ニュートン流体; 粘性指状体; フラクタル; 不安定成長; Hele-Shawセル; 粘弾性流体; 表面張力; せん断粘度

本研究ではHele-Shawセルと呼ばれる2枚の平行平板間に高粘性流体を充填したものに,低粘性流体を注入したときに生じる粘性指状体の成長現象について考察した.非ニュートン流体の粘性指状体はガス・アシスト・インジェクションという成形過程において観察されている.ここでは低粘性流体に空気を,高粘性流体に非ニュートン流体である高分子溶液を使用して実験を行った.高分子流体はポリアクリルアミド水溶液とカルボキシメチルセルロース水溶液の2種類の水溶液を使用した.これらはともに粘度のせん断速度依存を持つ.また前者は強い曳糸性を示すが,後者はそのような性質は持たない.実験の結果,非ニュートン粘性指状体を高粘性流体に用いた場合には,ニュートン流体の場合にはみられない現象が観察された.ここで得られた結果は以下の通りである.(1)ニュートン流体の場合には指状体が密な構造を取るのに対して,,非ニュートン流体の場合には,せん断粘度のshear-thinning性が'遮蔽'の効果を増大するために粘性指状体は分岐を繰り返しながら成長し,その構造は開いた構造を取る.次元解析の結果から,これがフラクタル構造であることが分かった.(2)指状体の界面では引っ張り変形が生じており,ポリアクリルアミド水溶液のように,流体がstretch-thickening性のような伸長粘度特性を有する場合には,見かけの表面張力が増大し,界面の安定性が促進されることが分かった.

在这项研究中，我们检查了当将低粘性液注入两个平行板中时，这种粘性手指的生长现象发生。在造型过程中，已经观察到非牛顿液的粘性手指，称为气体辅助注入。在这里，我们使用低粘性流体和高粘性流体的聚合物溶液进行了一个实验，该溶液是非牛顿液的高粘性液。聚合物液使用两种类型的水溶液：聚丙烯酰胺水溶液和羧甲基纤维素水溶液。这两个都有剪切速率取决于粘度。前者具有强大的吊索特性，但后者没有这种特性。 The experiment showed that when a non-Newtonian viscous fingers are used as a high viscous fluid, ,A phenomenon not seen in Newtonian fluids was observed.The results obtained here are as follows: (1) In the case of Newtonian fluid, the finger body has a dense structure, whereas in the case of non-Newtonian fluid, the shear-thinning property of shear viscosity increases the effect of粘性手指的“屏蔽”通过分支反复生长，结构具有开放的结构。从维度分析的结果中，发现这是一个分形结构。 （2）拉伸变形发生在手指体的界面上，当液体具有较长的固定特性，例如聚丙烯酰胺水溶液时，发现明显的表面张力会增加，界面的稳定性会促进。