In the present work, atomization characteristics of shear-thinning liquid slurry discharging from fan spray nozzles were studied experimentally for spray painting applications. The effects of solid particle size and concentration on the properties (especially on the viscosity) of suspensions and mean drop size were examined by using model fluids. In the range of low particle concentration (below 3 wt%), the fluid viscosity was primarily determined by the particle size. On the other hand, in the range of high particle concentration (higher than 10 wt%), the agglomeration phenomenon and the oil absorption capability of solid particles played major roles in determining the fluid viscosity. In the high concentration region, which most of the paints belong to, the fluid became more viscous and the shear thinning behavior appeared more prominent as the particle concentration was increased. In this region, mean drop size(SMD) decreased more rapidly with the increase of the injection pressure. Also, SMD became larger with the higher particle concentration and the larger particle size.
The branched polycarbonates (B-PCs) with two different branching agents were synthesized from melt polymerization. The contents of branching agent were in the range of 0.001~0.005 mol%. The chemical structure of the synthesized PC was determined by FTIR, $^1H$ NMR, and $^{13}C$ NMR, spectroscopy. The molecular weight, glass transition and degradation temperatures were determined by GPC, DSC, and TGA. The molecular weight of the phloro type B-PC had a lower value than the other one, and the glass transition temperature increased with molecular weight. Compared with linear PC, the rheological properties of the B-PC indicated an increase of complex viscosity in the low frequency region and shear thinning tendency. Power law index(n) representing shear thinning was calculated by linear regression and the values were in the range of 0.483~0.996. The rheological properties of the B-PCs were measured by a dynamic rheometer.
Elastohydrodynamic lubrication (EHL) film is measured under the condition of viscosity index improver added to base oil. In-situ optical contact method using the interference principle make the measuring resolution of ~5 nm possible and enables the measuring range all over the contact area of up to ~300 $\mu\textrm{m}$ diameter. What is more important to the developed method by the author is that the measurement of EHL film thickness is possible in the range from 100 nm to 2 $\mu\textrm{m}$, which is the regime of worst contact failures in precision machinery. Viscosity index improver (VII) is one of the major additives to the modem multigrade lubricants for the viscosity stability against temperature rise. However, it causes shear thinning effects which make the film thickness lessened very delicately at high shear rate (over $10^5 s^{-1}$) of general EHL contact regime. In order to exactly verify the VIIs performance of viscosity stability at such high shear rate, it is necessary to make the measurement of EHL film thickness down to ~100 nm with fine resolution for the preliminary study of viscosity control. In this work, EHL film thickness of VII added lubricant is measured with the resolution of ~5 nm, which will give very informative design tool for the synthesis of lubricants regarding the matter of load carrying capacity at high shear rate condition.
In aqueous alumina tape casting, the effects of altering the composition of the suspensions, the binders and the casting thickness were studied. The rheological behavior of the suspensions and the defects of the dried tapes were examined and the relationships between them are discussed. The changes in the defect regions reported in the previous paper were related with the rheological properties with variations of the binder, the composition and the casting thickness. The shear thinning factor increased with the organic content and the solid content (the decrease of water content). The apparent viscosity increased with the shear thinning factor. The relation between the shear thinning factor and the log apparent viscosity was similar for all binder types. In the relation between the defect free region and the rheological properties, the defect free region became narrower with increasing casting thickness. The defect free region is independent of binder type. Therefore, the thicker tape is more difficult to produce in aqueous alumina tape casting. Knowledge of the rheological properties of the suspensions could help Predict the defect type and the possibility of defect free dried tapes.
This study presents results on the numerical simulation of Newtonian and non-Newtonian flow in a channel obstructed by an asymmetric array of obstacles for clarifying the descriptive ability of current non-Newtonian constitutive equations. Jones and Walters (1989) have performed the corresponding experiment that clearly demonstrates the characteristic difference among the flow patterns of the various liquids. In order to appropriately account for flow properties, the Navier-Stokes, the Carreau viscous and the Leonov equations are employed for Newtonian, shear thinning and extension hardening liquids, respectively. Making use of the tensor-logarithmic formulation of the Leonov model in the computational scheme, we have obtained stable solutions up to relatively high Deborah numbers. The peculiar characteristics of the non-Newtonian liquids such as shear thinning and extension hardening seem to be properly illustrated by the flow modeling. In our opinion, the results show the possibility of current constitutive modeling to appropriately describe non-Newtonian flow phenomena at least qualitatively, even though the model parameters specified for the current computation do not precisely represent material characteristics.
The drop formation dynamics of a shear thinning, elastic, yield stress ($\tau_o$) fluid (Carbopol 980 (poly(acrylic acid)) dispersions) in silicone oil has been investigated in a flow-focusing microfluidic channel. The rheological character of each solution investigated varied from Netwonian-like through to highly non-Newtonian and was varied by changing the degree of neutralization along the poly (acrylic acid) backbone. We have observed that the drop size of these non-Newtonian fluids (regardless of the degree of neutralisation) showed bimodal behaviour. At first we observed increases in drop size with increasing viscosity ratio (viscosity ratio=viscosity of dispersed phase (DP)/viscosity of continuous phase (CP)) at low flowrates of the continuous phases, and thereafter, decreasing drop sizes as the flow rate of the CP increases past a critical value. Only at the onset of pinching and during the high extensional deformation during pinch-off of a drop are any differences in the non-Newtonian characteristics of these fluids, that is extents of shear thinning, elasticity and yield stress ($\tau_o$), apparent. Changes in these break-off dynamics resulted in the observed differences in the number and size distribution of secondary drops during pinch-off for both fluid classes, Newtonian-like and non-Newtonian fluids. In the case of the Newtonian-like drops, a secondary drop was generated by the onset of necking and breakup at both ends of the filament, akin to end-pinching behavior. This pinch-off behavior was observed to be unaffected by changes in viscosity ratio, over the range explored. Meanwhile, in the case of the non-Newtonian solutions, discrete differences in behaviour were observed, believed to be attributable to each of the non-Newtonian properties of shear thinning, elasticity and yield stress. The presence of a yield stress ($\tau_o$), when coupled with slow flow rates or low viscosities of the CP, reduced the drop size compared to the Newtonian-like Carbopol dispersions of much lower viscosity. The presence of shear thinning resulted in a rapid necking event post onset, a decrease in primary droplet size and, in some cases, an increase in the rate of drop production. The presence of elasticity during the extensional flow imposed by the necking event allowed for the extended maintenance of the filament, as observed previously for dilute solutions of linear polymers during drop break-up.
We measured shear viscosity of polystyrene (PS) and poly(butyl methacrylate) (PBMA) particles, with a capillary rheometer, prepared by suspension polymerization with 1.0 wt% hydrophobic silica as a stabilizer by varying the initiator concentration at $75^{\circ}C$. PS particles with weight average molecular weight of 66,500 g/mol displayed a Newtonian behaior at low shear rates at $190^{\circ}C$. With increasing molecular weight, PS particles showed shear thinning over the entire range of shear rates. For PBMA particles, steady shear measurement was carried out at $170^{\circ}C$. PBMA particles with weight average molecular weight of 156,700 g/mol showed a Newtonian behaior only at low shear rates. PBMA particles also showed shear thinning with an increase in molecular weight and its pattern similar to that of PS. When carbon black was incorporated into PS and PBMA polymers, steady shear measurement was conducted at $170^{\circ}C$. An increase in carbon black concentration in PS and PBMA composite particles exhibited a progressive increase in shear viscosity. The increase in shear viscosity, however, was less pronounced compared to an increase as a function of molecular weight. Preparing PS composites containing carbon black by internal mixing resulted in an increase in shear viscosity. Its increase, however, was found to be less than that shown in PS composite particles. We speculate that this is caused by an enhanced dispersion of carbon black particles with an internal mixer. Yield behavior was not observed in any of the samples we selected in this experiment.
Using a Rheometrics Fluids Spectrometer(RFS II), the steady shear flow and the small-amplitude dynamic viscoelastic properties of three kinds of semi-solid food materials(mayonnaise, tomato ketchup, and wasabi) have been measured over a wide range of shear rates and angular frequencies. The shear rate dependence of steady flow behavior and the angular frequency dependence of dynamic viscoelastic behavior were reported from the experimentally measured data. In addition, some viscoplastic flow models with a yield stress term were employed to make a quantitative evaluation of the steady flow behavior, and the applicability of these models was also examined in detail. Furthermore, the correlations between steady shear flow(nonlinear behavior) and dynamic viscoelastic(linear behavior)properties were discussed using the modified power-law flow equations. Main results obtained from this study can be summarized as follows : (1) Semi-solid food materials are regarded as viscoplastic fluids having a finite magnitude of yield stress, and their flow behavior shows shear-thinning characteristics, exhibiting a decrease in steady flow viscosity with increasing shear rate. (2) The Herschel-Bulkley, Mizrahi-Berk, and Heinz-Casson models are all applicable to describe the steady flow behavior of semi-solid food materials. Among these models, the Heinz-Casson model has the best validity. (3) Semi-solid food materials show a stronger shear-thinning behavior at shear rate region higher than a critical shear rate where a more progressive structure breakdown takes place. (4) Both the storage and loss moduli are increased with increasing angular frequency, but they have a slight dependence on angular frequency. The elastic behavior is dominant to the viscous behavior over a wide range of angular frequencies. (5) All of the steady flow, dynamic, and complex viscosities are well satisfied with the power-law model behavior. The relationships between steady shear flow and dynamic viscoelastic properties can well be described by the modified forms of the power-law flow equations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.8
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pp.677-682
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2015
We simulate an emulsion system under simple shear rates to analyze its rheological characteristics using the lattice Boltzmann method (LBM). We calculate the relative viscosity of an emulsion under a simple shear flow along with changes in temperature, shear rate, and surfactant concentration. The relative viscosity of emulsions decreased with an increase in temperature. We observed the shear-thinning phenomena, which is responsible for the inverse proportion between the shear rate and viscosity. An increase in the interfacial tension caused a decrease in the relative viscosity of the decane-in-water emulsion because the increased deformation caused by the decreased interfacial tension significantly influenced the wall shear stress.
Ha, Yeon-Sik;Cho, Jin-Rae;Kim, Tae-Ho;Kim, Jun-Hyoung
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05a
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pp.762-767
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2007
As a macromolecule material, melted rubber flow shows characteristics of shear thinning fluid. The dynamic viscosity of this rubber fluid is influenced by temperature and shear strain rate. In this study, the numerical simulation of rubber extrusion forming process has been performed using commercial CFD code, Polyflow. Power-law model considering the effect of shear rate is used for the computer simulation of this non-Newyonian flow. Also Non-isothermal behavior is considered as Arrhenius-law model. Distributions of velocity and temperature are predicted through the simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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