Onion-Like Structure of Viscoelastic Surfactant Solution Flow Induced by 4-Blade Paddle Impeller in a Vessel

Abstract

Aqueous solutions of some kinds of surfactants and counterions are known as viscoelastic uids. The rheological properties and uidity of the solutions are signi cantly a ected by the surfactant and counterion concentrations. Thus, the solution is a potential solvent for industrial applications because a drastic change in the uidity can be realized only through the addition of counterions. In this study, we focused on the characteristics of the uid ow of viscoelastic surfactant solutions in a mixing vessel. It was found that in the vicinity of the impeller the uid was actively mixed and contained a large number of laminated uid lumps, forming onion-like structure. When the elastic force becomes comparable to the viscous force, the micellar network of the surfactant was deformed. Additionally, if the elastic force was not much smaller than the inertia force, the impeller region was covered by a network-deformed uid and an onion-like structure was then formed. Moreover, a stable onion-like structure was obtained when the impeller rotated as slowly as possible or when the elastic force of the solution was more signi cant than the viscous one.

Anomalous Flow Properties of Several Types of Rod-Like Micelle Surfactant Solutions Passing through Small Apertures

“…従来から，複雑流体の流動特性に関する多くの研究が行わ れてきた．例えば，高分子水溶液に代表される粘弾性流体は， 弾性を有する流体であり，複雑な挙動を示すことが知られて いる [1][2][3] ．また，希薄濃度であっても，界面活性剤水溶液や高 分子水溶液は，乱流下において，摩擦抵抗が減少することが 報告されている．これらの現象は，一般的に，抵抗低減効果 と呼ばれ，流体輸送の際の省エネルギー化に貢献している． 特に，対イオンを添加した界面活性剤水溶液は，棒状ミセル (紐状ミセル)を形成することが報告 [4][5][6] されている．高分子 水溶液に比べ機械的劣化が少ないため，抵抗低減に関する数 多くの研究が報告されている [7][8][9][10] ．例えば，Saeki らは，管内 流れにおける棒状ミセルを有する界面活性剤水溶液の乱流域 における抵抗低減効果を示し，そのメカニズムとして，ミセ ル構造について考察している 11) ．Lu らは，同様の界面活性 剤水溶液を用いたレオロジー測定を行い，対イオンの増加よ り，弾性の増加およびせん断不印加状態での凝集構造形成を 報告している 12) ．また，対イオンとのモル濃度比を 1.5 から 100 まで変化させた界面活性剤水溶液が複数の緩和時間を持 つことが報告されている 13,14) ． 以上のように，対イオンの添加により界面活性剤水溶液の レオロジー特性は著しく変化することが報告されている．一 方，その変化と抵抗低減効果発現のメカニズムについては，…”

JCEJ Outstanding Paper Award of 2012

“…"Onion-Like Structure of Viscoelastic Surfactant Solution Flow Induced By 4-Blade Paddle Impeller in a Vessel" by Yoshiyuki Komoda, Kazuhiro Kobayashi, and Hiroshi Suzuki, Kobe University (Komoda et al, 2012) Citation: This paper investigated the characteristics of the fluid flow of viscoelastic surfactant solutions in a mixing vessel by flow visualization. In the vicinity of the impeller an actively mixed onion-like structure was found.…”