Rheometry of Pastes, Suspensions, and Granular Materials

Coussot, Philippe

doi:10.1002/0471720577

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“…The dynamics of such complex uids is usually characterized by a large interface area and a relatively large packing fraction of the dispersed phases, giving rise to a genuinely new branch of non-equilibrium thermodynamics which has witnessed a major upsurge of interest in the last decades, mostly in connection with so-matter research. [1][2][3] As a general rule, a process called coarsening takes place to minimize interface area: the dispersed phase diffuses through the continuous one to reduce the total area of the interface. On average, large domains expand at the expense of smaller ones that shrink and eventually disappear.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Internal dynamics and activated processes in soft-glassy materials

et al. 2015

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Benzi, R.; Sbragaglia, M.; Scagliarini, A.; Perlekar, P.; Bernaschi, M.; Succi, S.; Toschi, F. Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of Record (includes final page, issue and volume numbers)Please check the document version of this publication:• A submitted manuscript is the author's version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers. Link to publication Citation for published version (APA):Benzi, R., Sbragaglia, M., Scagliarini, A., Perlekar, P., Bernaschi, M., Succi, S., & Toschi, F. (2015). Internal dynamics and activated processes in soft-glassy materials. Soft Matter, 11, 1271-1280. DOI: 10.1039/C4SM02341B General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.• You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ? Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Plastic rearrangements play a crucial role in the characterization of soft-glassy materials, such as emulsions and foams. Based on numerical simulations of soft-glassy systems, we study the dynamics of plastic rearrangements at the hydrodynamic scales where thermal fluctuations can be neglected. Plastic rearrangements require an energy input, which can be either provided by external sources, or made available through time evolution in the coarsening dynamics, in which the total interfacial area decreases as a consequence of the slow evolution of the dispersed phase from smaller to large droplets/bubbles.We first demonstrate that our hydrodynamic model can quantitatively reproduce such coarsening dynamics. Then, considering periodically oscillating strains, we characterize the number of plastic rearrangements as a function of the external energy-supply, and show that they can be regarded as activated processes induced by a suitable "noise" effect. Here we use the word noise in a broad sense, referring to the internal non-equilibrium dynamics triggered by spatial random heterogeneities and coarsening. Finally, by exploring the int...

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Internal dynamics and activated processes in soft-glassy materials

et al. 2015

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“…Para altos graus de sedimentação a rugosidade da superfície pode não reduzir o deslizamento na parede, por isso é importante o controle da sedimentação, cuidando para não tornar a pasta instável com altas dosagens de aditivos (19) Segundo Coussot (22), ainda permanecem obscuras as questões físicas que implicam no fenômeno de deslizamento na parede, pois cada material pode apresentar uma solução diferente; além disso, até então não existe teoria para predizer sob quais condições o deslizamento ocorrerá como função do escoamento, material e geometria, permanecendo um campo aberto de estudo.…”

Section: Principais Desafios Experimentaisunclassified

“…Conforme Coussot (22), um dos problemas encontrados ao trabalhar com suspensões é a migração de partículas, sua ocorrência está relacionada ao tamanho das partículas envolvidas na suspensão. Wallevik (18) relata que partículas de elevado diâmetro tendem a escapar de regiões com alto cisalhamento, em reômetros com geometria coaxial, está zona fica próxima a parede interna do cilindro, nesse caso devido a migração dessas partículas as propriedades reológicas seriam reduzidas perto da parede, tornando a pasta heterogênea, invalidando os dados.…”

Section: Principais Desafios Experimentaisunclassified

“…Neste sentido, a perturbação mínima é análoga a tensão limite (yield stress). A existência da tensão limite implica na transição entre sólido-líquido, em geral as pastas enquadram-se neste cenário (22,77).…”

Section: Tixotropia E Irreversibilidade Em Pastas De Cimentounclassified

“…Segundo Coussot (22), a situação de fato requer que o elemento necessite de tempo para atingir o equilíbrio ao deixar o poço de potencial, e então alcançar uma nova configuração. Por consequência, o nível da energia potencial aumenta no decorrer de tempo, isto é, o poço torna-se mais profundo devido à novas configurações por ocasião da agitação térmica e interação de forças coloidais, levando a um novo estado de energia potencial E p , Figura 2.1(c).…”

Section: Tixotropia E Irreversibilidade Em Pastas De Cimentounclassified

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Um Modelo Constitutivo Fenomenológico Irreversível Para Descrição Reológica De Pastas De Cimento

RODRIGUES¹

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Ao meu orientador Paulo Roberto de Souza Mendes pela honra de desenvolver pesquisa em nível internacional ao seu lado, pelo acompanhamento desse trabalho, especialmente pelos valiosos ensinamentos, discussões e a oportunidade de aprimorar meus conhecimentos.A Flávio H. Marchesini por me inserir no mundo da Reologia e Rafael M. Oliveira pelas muitas discussões físicas e numéricas.Aos professores do Departamento de Engenharia Mecânica pelos cursos ministrados.Aos colegas do Greo (Grupo de Reologia) pela troca de experiência, discussões e pelos momentos espirituosos que tornaram esse trabalho menos árduo, em particular a Bruno Fonseca, Behbood Abedi, Eliana Marin, Luiz Sica, Paulo Henrique, Pedro Tobar, Priscilla Varges, Ricardo Leite, Aline Abdu, Roberta Kamei e William Candela.À Carina Beline pela ajuda nos trâmites administrativos necessários para conclusão dessa tese.A Petrobras, CAPES e à PUC-Rio, pelos auxílios concedidos, sem os quais esse trabalho não poderia ter sido desenvolvido.À minha esposa Gabriela, fundamental nessa etapa da minha vida. Obrigado por me ajudar a ultrapassar os obstáculos que enfrentei, pela compreensão, cumplicidade, carinho e apoio ao longo de todo esse tempo. Te amo.À minha mãe, pela resiliência que a vida lhe impôs, me permitindo chegar até aqui, obrigado por ser quem é e pelo amor incondicional. Te amo. A performance de protocolos geralmente empregados na caracterização reológica de pastas de cimento é investigada. Para este fim duas pastas de cimento foram utilizadas, Pasta A e Pasta B, com a mesma densidade e razão água-cimento, diferindo quanto aos aditivos empregados. O procedimento API (American Petroleum Institute), tal qual, sua modificação é estudada. Curvas de escoamento são determinadas com o auxílio de um reômetro rotacional através de três diferentes métodos (ramp up/ramp down, ramp down e viscosidade mínima). O procedimento API gerou curvas de escoamento que superestimaram (Pasta A) ou subestimaram (Pasta B) a viscosidade dentro da faixa de cisalhamento estudada. Os desvios tornam-se particulamente maiores em baixas taxas, e para Pasta B, por causa de efeitos tixotrópicos, o regime permanente não é atingido. A modificação do protocolo API investigada resultou em curvas de escoamento similares ao método de viscosidade mínima. Um novo modelo constitutivo fenomenológico irreversível é proposto para descrição reológica de pastas de cimento (voltadas para poços de petróleo) sob escoamento de cisalhamento simples. Para esse objetivo uma série de experimentos foram realizados, como taxa de deformação constante, construção e destruição da microestrutura. O modelo proposto utiliza a própria fluidez, recíproca da viscosidade, para descrever a evolução da estrutura da pasta. O efeito macroscópico do fenômeno de hidratação na reologia é introduzido por meio de uma função exponencial para tensão limite de escoamento. Todos os dez parâmetros necessários no modelo são experimentalmente obtíveis. Os resultados mostraram boa concordância entre os dados experimentais e a modelagem, emb...

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Non‐Newtonian Fluids

Patel

Chhabra

2020

Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology

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This chapter aims at introducing and demonstrating the ubiquitous nature of non‐Newtonian flow characteristics in a broad spectrum of industrial settings. Beginning with the definitions of a viscous fluid and an elastic material and a Newtonian fluid, different kinds of non‐Newtonian flow characteristic are introduced and briefly discussed. Next, each of these is illustrated by presenting experimental data for polymer solutions, suspensions, and so on. Most such complex materials exhibit nonlinear viscosity (shear‐thinning, shear‐thickening, yield stress, visco‐elasticity, etc), time‐dependent, and extensional flow characteristics under appropriate conditions, which are of great interest from their processing, manufacturing and the end‐user stand point. This is followed by a discussion of a few constitutive models, some of which are purely empirical in nature, while others are based on different combinations of a dashpot (viscous) and a spring (elastic) elements to capture varying blends of fluid‐like and solid‐like non‐Newtonian characteristics. Next, a range of selected applications including the steady flow of such fluids in ducts of circular and noncircular cross‐sections, in packed columns and in unconsolidated porous media, and boundary layer‐type external flows over a sphere and a long cylinder are briefly discussed. The chapter is concluded by mentioning the other important aspects of this class of fluids and their processing in wide‐ranging settings for interested readers to gain further insights into the fascinating world of non‐Newtonian fluids.

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Rheometry of Pastes, Suspensions, and Granular Materials

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Internal dynamics and activated processes in soft-glassy materials

Internal dynamics and activated processes in soft-glassy materials

Um Modelo Constitutivo Fenomenológico Irreversível Para Descrição Reológica De Pastas De Cimento

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