Rheology and flow simulation of shear thickening suspensions

剪切增稠悬浮液的流变学和流动模拟

• 批准号: 17K05618
• 负责人: 瀬戸 亮平
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Kyoto University (2018)Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (2017)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17K05618/
• 关键词: 法線応力差; ジャミング; シアジャミング; 非ニュートン性; 懸濁液; 伸長流; レオロジー; サスペンション; シアシックニング; 流体; 計算物理; 統計力学; 化学工学; 流体工学

最終年度では，シアシックニングが顕著に見られる濃厚懸濁液を巨視的スケールの数値流体力学として取り扱う計算手法の開発に向けて以下の2つの観点から取り組み成果を得ることができた．1つ目は法線応力差のシミュレーションによる評価とその理解についての進展である．高分子系などの粘弾性流体と異なり，微粒子懸濁液における法線応力差の意味は十分に理解されていなかった．シミュレーションと理論的な考察を行い，懸濁液の第1法線応力差の意味が明確になった．法線応力の役割を理解することは，構成則モデルを導入する際に粘性流体モデルが有効かどうかを判断する材料になる．この研究で，弾性応力の寄与を考える必要があることが明らかになった．2つ目はシアジャミングについての研究である．流れの中で剛性が現れるシアジャミングは，濃厚懸濁液の特殊な流動履歴依存性をもっとも顕著に現している．応力制御のシミュレーションによって，このシアジャミングを再現し，応力軸が変わるとまた流動するというフラジリティを評価することに成功した．この法線応力差とシアジャミングの研究は，懸濁液の特異性を明確にするものであり，本研究計画の目標を達成するためには不可欠な項目であった．初年度では，濃厚懸濁液のレオロジー特性を平面伸長流と単純剪断流で比較することで，シアシックニング挙動の流動タイプ依存性を数値的に評価した．そして，異なる流動タイプの非ニュートン流体応答を統一的に扱うレオロジーの枠組みを導入した．本研究は濃厚懸濁液を非ニュートン流体として捉えて連続体シミュレーションを行うことを目標としていた．しかし，本研究を通じて構成則モデルを導入する前に確認すべき事項が濃厚懸濁液の特異性が認識した．この2年間で3つの側面から調べてそれぞれ論文として報告した．

In the final year, the development of computational methods for dense suspensions, macroscopic hydrodynamics, and numerical values was reviewed. The following 2 points were selected for the development of computational methods. The meaning of normal force difference in polymer suspension is well understood. In the investigation of the theory of suspension, the meaning of the force difference of the first normal line is clear. A viscous fluid is introduced when the normal force is applied. This research is necessary to study the nature of the force and the nature of the force. The fluid in the suspension is rigid, and the fluid in the suspension is dependent on the fluid. The power of the engine is not enough. This study aims to clarify the specificity of the suspension. In the early years, the characteristics of thick suspensions were compared between plane elongation and pure shear flow. In addition, different types of fluid are introduced into the system. This study is aimed at improving the quality of the suspension. This study was conducted to confirm the specificity of the thick suspension before introducing it. This is a 2-year review of the report.

项目成果

Toward non-Newtonian fluid model for dense suspensions

致密悬浮液的非牛顿流体模型

• 发表时间: 2017
• 作者: Kofu Maiko;Faraone Antonio;Tyagi Madhusudan;Nagao Michihiro;Yamamuro Osamu;瀬戸亮平
• 通讯作者: 瀬戸亮平

Shear jamming and fragility in dense suspensions

• DOI: 10.1007/s10035-019-0931-5
• 发表时间: 2019-02
• 期刊: Granular Matter
• 影响因子: 2.4
• 作者: Ryohei Seto;Abhinendra Singh;B. Chakraborty;M. Denn;J. Morris

Microstructure and thickening of dense suspensions under extensional and shear flows

拉伸流和剪切流下致密悬浮液的微观结构和稠化

• DOI: 10.1017/jfm.2017.469
• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Fluid Mechanics
• 影响因子: 3.7
• 作者: Seto Ryohei;Giusteri Giulio G.;Martiniello Antonio
• 通讯作者: Martiniello Antonio

Extensional versus shear rheologies for dense suspensions

稠密悬浮液的拉伸流变学与剪切流变学

• 发表时间: 2018
• 作者: Seto Ryohei;Giusteri Giulio G.;Martiniello Antonio;Ryohei Seto
• 通讯作者: Ryohei Seto

Simulation model for dense suspension rheology: Stokesian-DEM

稠密悬浮液流变学模拟模型：Stokesian-DEM

• 发表时间: 2017
• 作者: Seto Ryohei;Giusteri Giulio G.;Martiniello Antonio;Ryohei Seto;Ryohei Seto;Ryohei Seto;Ryohei Seto;Ryohei Seto;Ryohei Seto;Ryohei Seto;Ryohei Seto;瀬戸亮平;瀬戸亮平
• 通讯作者: 瀬戸亮平