Shear-induced transitions and instabilities in shear banding fluids

剪切带流体中剪切引起的转变和不稳定性

基本信息

  • 批准号:
    1335653
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Muller, Susan 1335653An experimental study of transitions and instabilities in shear banding fluids using wormlike micellar solutions as model fluids and measurements of velocity fields and critical conditions is proposed. While shear banding, i.e. discontinuities in the velocity gradient in a flowing material, has been reported in a broad range of important materials, including suspensions, emulsions, foams, granular materials, and liquid crystalline polymers, wormlike micellar solution provide a convenient paradigm for studies of shear banding fluids for many reasons. Wormlike micellar solutions show simple viscoelastic behavior that is characterized by a single relaxation time, are easy to prepare, and, in contrast to polymers, are not susceptible to shear-degradation or chain scission. Recent theoretical and experimental work suggests that both interfacial and purely elastic instabilities may occur in these systems. Inertial instabilities are also likely, and these systems thus promise incredibly rich dynamics. Intellectual Merit :The intellectual merit of the proposal lies in understanding these interactions and scaling in shear banding materials. A Taylor-Couette (TC) flow apparatus, where the flow occurs between concentric, rotating cylinders, will be the model flow for these experimental studies. The TC problem offers a number of unique features that make it ideal for teasing apart the forces that drive instability. First, the role of inertial destabilization for Newtonian fluids has been well-studied, and inertial (centrifugal) destabilization can be completely eliminated if the flow is generated through rotation of only the outer cylinder. Counter-rotation of the cylinders leads to a nodal surface in the base flow where the angular velocity is zero and leads to essentially an "inner" TC geometry bounded by the rotating inner cylinder and the stationary nodal surface, and an "outer" TC geometry bounded by the stationary nodal surface and the rotating outer cylinder. Counter-rotation thus provides a convenient mechanism for introducing both a free (rather than hard, no slip) boundary and a continuously variable length scale for the gap between the cylinders. Purely elastic instabilities in the TC problem are also well-understood and progress has been made in understanding the combination of inertia and elasticity. Shear banding fluids introduce two additional wrinkles: the new length scale introduced by the shear band, and the potential for interfacial instabilities associated with the discontinuity in properties across the shear band. In contrast to elastic instabilities, interfacial instabilities are stabilized by increased curvature. Thus, the TC problem provides a platform for systematically isolating the effects of these three competing instability modes, for understanding the scaling of the modes with curvature, kinematic, and fluid parameters, and for understanding the role of rigid versus free boundary conditions. Broader Impacts :The broader impacts of the study lie in processing of shear banding materials, which is relevant to a range of industrially important systems, including powders, suspensions, oil sands, and foams. A postdoctoral scientist will receive training and mentoring, as will approximately 6 undergraduates who will be recruited to participate in this research. This research will also be integrated into graduate coursework on transport phenomena and complex fluids at Berkeley.
用蠕虫状胶束溶液作为模型流体,对剪切带状流体中的相变和不稳定性进行了实验研究,并测量了速度场和临界条件。虽然剪切带状流体,即流动材料中速度梯度的不连续性,在包括悬浮液、乳液、泡沫、颗粒材料和液晶聚合物在内的许多重要材料中都有报道,但蠕虫状胶束溶液由于许多原因为剪切带状流体的研究提供了一种方便的范例。蠕虫状胶束溶液表现出简单的粘弹性行为,其特征是松弛时间单一,易于制备,与聚合物相比,不易发生剪切降解或链断裂。最近的理论和实验工作表明,在这些系统中既可以发生界面不稳定性,也可以发生纯弹性不稳定性。惯性不稳定性也是可能的,因此这些系统提供了令人难以置信的丰富的动力学。智力价值:该提议的智力价值在于了解这些相互作用和剪切带材料的比例。泰勒-库埃特(TC)流动装置,其中的流动发生在同心,旋转的圆柱体之间,将是这些实验研究的流动模型。TC问题提供了许多独特的功能,使其成为梳理驱动不稳定的力量的理想选择。首先,牛顿流体的惯性失稳作用已经得到了很好的研究,如果仅通过外筒旋转来产生流动,则可以完全消除惯性(离心力)失稳。圆柱体的反向旋转导致了基流中角速度为零的节面,并实质上导致了由旋转的内柱和静止的节面所包围的“内”TC几何,以及由静止的节面和旋转的外柱所包围的“外”TC几何。因此,反向旋转提供了一种方便的机制,用于为气缸之间的间隙引入自由(而不是硬的、无滑动的)边界和连续可变的长度尺度。TC问题中的纯弹性不稳定性也得到了很好的理解,在理解惯性和弹性的组合方面也取得了进展。剪切带流体引入了两个额外的褶皱:剪切带引入的新的长度尺度,以及与剪切带上的性质不连续相关的界面不稳定的可能性。与弹性不稳定性相反,界面不稳定性通过增加曲率来稳定。因此,TC问题为系统地隔离这三种相互竞争的不稳定模式的影响,理解曲率、运动学和流体参数的模式的标度,以及理解刚性边界条件和自由边界条件的作用提供了一个平台。更广泛的影响:这项研究的更广泛影响在于剪切带材料的加工,这与一系列具有重要工业意义的系统相关,包括粉末、悬浮液、油砂和泡沫。一名博士后科学家将接受培训和指导,大约6名本科生将被招募参与这项研究。这项研究还将被整合到伯克利大学关于运输现象和复杂流体的研究生课程中。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jeffrey Reimer其他文献

Internal combustion
内燃机
  • DOI:
    10.1038/426508a
  • 发表时间:
    2003-12-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    48.500
  • 作者:
    Jeffrey Reimer
  • 通讯作者:
    Jeffrey Reimer
Bernhard Blümich: On the Occasion of His 70th Birthday
  • DOI:
    10.1007/s00723-023-01631-x
  • 发表时间:
    2023-11-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.100
  • 作者:
    Matthew Augustine;Peter Blümler;Jeffrey Reimer
  • 通讯作者:
    Jeffrey Reimer
Internal combustion
内燃机
  • DOI:
    10.1038/426508a
  • 发表时间:
    2003-12-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    48.500
  • 作者:
    Jeffrey Reimer
  • 通讯作者:
    Jeffrey Reimer

Jeffrey Reimer的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jeffrey Reimer', 18)}}的其他基金

MRI: Acquisition of a 400 MHz Nuclear Magnetic Resonance (NMR)Spectrometer to Enable Material Science Research
MRI:购买 400 MHz 核磁共振 (NMR) 光谱仪以实现材料科学研究
  • 批准号:
    2018784
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research - GOALI: Dynamic Nuclear Spin Hyperpolarization via Color Centers in Diamond
合作研究 - GOALI:通过钻石色心实现动态核自旋超极化
  • 批准号:
    1903803
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: AccelNet: Sustainable Capture and Conversion of CO2 to Chemicals and Fuels using Renewable Electrons (SCO2RE)
合作研究:AccelNet:利用可再生电子可持续捕获二氧化碳并将其转化为化学品和燃料 (SCO2RE)
  • 批准号:
    1927325
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nuclear Hyperpolarization in Semiconductors
半导体中的核超极化
  • 批准号:
    1106288
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Material Property Sensors via MRI Elastography
通过 MRI 弹性成像的材料特性传感器
  • 批准号:
    0301521
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nuclear Magnetic Resonance Studies of Hydrogen in Crystalline Semiconductors
晶体半导体中氢的核磁共振研究
  • 批准号:
    9021030
  • 财政年份:
    1991
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Presidential Young Investigator Award: Semiconductor Surface Science
总统青年研究员奖:半导体表面科学
  • 批准号:
    8451234
  • 财政年份:
    1985
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Magnetic Resonance Investigations of Thin Films (Materials Research)
薄膜的磁共振研究(材料研究)
  • 批准号:
    8304163
  • 财政年份:
    1983
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

基于MFSD2A调控血迷路屏障跨细胞囊泡转运机制的噪声性听力损失防治研究
  • 批准号:
    82371144
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
cGAS-STING激活IFN1反应介导噪声性耳蜗损伤机制研究
  • 批准号:
    82371152
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于NLRP3/IL-1β信号探讨α7nAChR介导巨噬细胞—心肌细胞互作在Aβ诱导房颤心房重构中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82300356
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
脂肪酸合成通过GDF15/IRS2介导胰岛素抵抗促进血管内皮细胞活化导致脓毒症肺损伤的机制研究
  • 批准号:
    82372203
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
NRF2/MFN2/ERS信号异常促进ADSCs衰老和肥大型肥胖皮下脂肪组织胰岛素抵抗的机制研究
  • 批准号:
    32000511
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
细胞衰老抑制直接重编程及心肌再生修复的分子机理研究
  • 批准号:
    92068107
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    79.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
m6A识别蛋白YTHDFs在体细胞重编程中的调控作用及机制研究
  • 批准号:
    32000501
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
转录因子SALL4通过影响pre-mRNA可变剪接调控非Yamanaka因子体细胞重编程的机制研究
  • 批准号:
    32000502
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
CD10蛋白N-糖基化修饰介导PI3Kα活化诱导细胞衰老的分子机制研究
  • 批准号:
    32000508
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
转录因子剂量效应调控体细胞重编程的表观遗传机制研究
  • 批准号:
    31970681
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Unlocking exceptional properties through pressure-induced phase transitions
通过压力诱导的相变释放卓越的性能
  • 批准号:
    DP240101678
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
Study of photo-induced phase transitions in strongly correlated systems by extraction of important degrees of freedom using randomized singular value decomposition
通过使用随机奇异值分解提取重要自由度来研究强相关系统中的光致相变
  • 批准号:
    23K03281
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Thermodynamic Investigation on Shear-induced Phase Transitions
剪切引起的相变的热力学研究
  • 批准号:
    22K03561
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Clinician and Patient Experiences with COVID-19 Induced Rapid Transitions to Telehealth for Opioid Use Disorder Treatment
临床医生和患者对 COVID-19 的体验导致阿片类药物使用障碍治疗快速转向远程医疗
  • 批准号:
    10460928
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
Clinician and Patient Experiences with COVID-19 Induced Rapid Transitions to Telehealth for Opioid Use Disorder Treatment
临床医生和患者对 COVID-19 的体验导致阿片类药物使用障碍治疗快速转向远程医疗
  • 批准号:
    10184711
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
Live-cell multiplex super-resolution imaging of chromatin state transitions
染色质状态转变的活细胞多重超分辨率成像
  • 批准号:
    10661597
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
CAREER: Enabling the Design of Versatile Hybrid Materials using Polymerization-Induced Nanostructural Transitions
职业:利用聚合诱导的纳米结构转变实现多功能混合材料的设计
  • 批准号:
    1942508
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Antiferromagnetic Spin-Flop Transitions in Heusler-Piezoelectric Systems Induced via Voltage
合作研究:电压引起的赫斯勒压电系统中的反铁磁自旋翻转转变
  • 批准号:
    1905662
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Antiferromagnetic Spin-Flop Transitions in Heusler-Piezoelectric Systems Induced via Voltage
合作研究:电压引起的赫斯勒压电系统中的反铁磁自旋翻转转变
  • 批准号:
    1904446
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    Interagency Agreement
Force-induced α-β transitions in coiled coil structures (B17*)
盘绕线圈结构中力引起的 α-β 转变 (B17*)
  • 批准号:
    427363091
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 29万
  • 项目类别:
    CRC/Transregios
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了