Summary
The rotation of rigid rods and discs, and the deformation and burst of liquid drops were observed in elasticoviscous solutions of polyacrylamide undergoingCouette flow at shear rates from 0.1 to ~ 10 sec−1. The study extended previous work (1) to cylindrical particles having axis ratios closer to unity and to liquid drops in systems having zero interfacial tension.
The period of rotation of discs was appreciably longer than predicted by theory applicable toNewtonian fluids. Depending on the axis ratio and shear rate, the particles drifted into orbits in which the conventional orbit constantC varied periodically throughout each orbit. Above a given shear rate, rods aligned themselves in the direction of flow without rotating, in a metastable equilibrium position; in the case of discs at higher shear rates the position of alignment was stable.
The oscillating deformation and orientation of drops in a system of two solubleNewtonian silicone oils was in fair accord with theory. With pairs of elasticoviscous polyacrylamide solutions, deformation and burst of viscous drops occurred along the vorticity axis, in contrast to the behaviour of elasticoviscous drops of polyisobutylene in Decalin having a finite interfacial tension, which deformed and burst in a manner similar toNewtonian drops.
Zusammenfassung
Die Rotation starrer Stäbchen und Scheibchen sowie die Verformung und das Aufbrechen flüssiger Tröpfchen wurde in viskoelastischen Polyacrylamid-Lösungen untersucht, die in einerCouette-Apparatur mit Schergeschwindigkeiten zwischen 0,1 und ca. 10 sec−1 geschert wurden. Diese Untersuchung ergänzt eine frühere Arbeit (1), insofern zylindrische Teilchen mit einem Achsenverhältnis näher bei eins und Tröpfchen in Systemen mit verschwindender Grenzflächenspannung berücksichtigt werden.
Die Umdrehungsperiode der Scheibchen kam erheblich langsamer heraus, als sie auf Grund der fürnewtonsche Flüssigkeiten gültigen Theorie vorausgesagt wird. Die Teilchen trieben, abhängig von ihren Achsenverhältnissen und der Schergeschwindigkeit, in Kreisbahnen hinein, für welche die konventionelle KreisbahnkonstanteC sich periodisch änderte. Oberhalb einer bestimmten Schergeschwindigkeit orientierten sich die Stäbchen in Richtung der Strömung in einer metastabilen Gleichgewichtseinstellung; für Scheibchen war bei höheren Schergeschwindigkeiten diese Einstellung stabil.
Oszillationsverformung und Orientierung der Tröpfchen in einem System zweier ineinander lösbarernewtonscher Siliconöle stimmte zufriedenstellend mit der Theorie überein. Für Paare viskoelastischer Polyacrylamid-Lösungen wurden die zähen Tröpfchen entlang der Richtung der Rotationsachse verformt und aufgebrochen im Gegensatz zu viskoelastischen, eine endliche Grenzflächenspannung aufweisenden Tröpfchen von Polyisobutylen in Dekalin, die ähnlich wienewtonsche Tröpfchen verformt und aufgebrochen wurden.
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This paper is, in effect, an addendum to Reference (1). To avoid unnecessary repetition, identical symbols have been used (with the addition ofα′ andD′ which are defined in the text), and frequent use is made of figures and equations from references (1) and (2).
This work was supported by the Defence Research Board of Canada. (DRB Grant 9530-47).
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Bartram, E., Goldsmith, H.L. & Mason, S.G. Particle motions in non-newtonian media. Rheol Acta 14, 776–782 (1975). https://doi.org/10.1007/BF01521406
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF01521406