Эффект формы при больших напряжениях сдвига

Длинные цепные макромолекулы, находящиеся в разбавленном растворе в более или менее свернутой форме, в ламинарном потоке не только ориентируются, но и деформируются. Из экспериментальных данных следует, что при больших напряжениях сдвига эффект Максвелла в растворах полимеров в основном вызван деформацией макромолекул. При малых напряжениях сдвига он может быть следствием деформации и ориентации. Для выяснения [c.422]

Как показал Петерлин [53, 54], при использовании больших напряжении сдвига в потоке (и соответственно больших ) необходимо учитывать как конечность длины сильно деформированных цепей (сравнимость величин /г и I), так и изменение гидродинамических взаимодействий частей цепи при ее растяжении. Эти эффекты могут приводить к изменению зависимостей Дп=/(р) и 9, = ф(р), несколько ослабляя их. В частности, в зависимости Дл = /(р) в этих условиях в принципе может наблюдаться насыщение и в отсутствие эффекта формы (9/ = = 0). Впрочем, требуемые для этого напряжения сдвига весьма велики и практически не используются в экспериментальных работах, обсуждаемых в этой книге. [c.555]

Эффект формы при больших напряжениях сдвига [c.676]

Зависимость величины и ориентации двойного лучепреломления от напряжения сдвига в широкой области градиентов скорости потока для растворов полимеров в отсутствие эффекта формы подробно обсуждалась в 5—7 этой главы. В двух последних параграфах ( 10, II) было рассмотрено влияние эффектов макро- и микроформы на величину двойного лучепреломления раствора полимера в области малых напряжений сдвига (g- 0). В настоящем параграфе излагаются экспериментальные данные по исследованию динамооптических свойств растворов полимеров при наличии заметного эффекта формы в области достаточно больших напряжений сдвига. Теория этих явлений была рассмотрена в 15 и 16 гл. VII. [c.676]

ЭФФЕКТ ФОРМЫ ПРИ БОЛЬШИХ НАПРЯЖЕНИЯХ СДВИГА [c.677]

Концентрированные суспензии магнитно-жестких ферритов имеют большую величину предельного напряжения сдвига и в отсутствие внешнего магнитного поля, поскольку частицы таких суспензий самопроизвольно намагничены до насыщения. Практический интерес представляет возможность появления в таких суспензиях направленного синхронного вращения частиц в переменном поле (см. подраздел 3.11). При сдвиговой деформации суспензии направление вращения совпадает с направлением сдвига, что проявляется в существенном снижении вязкости суспензии и даже в эффекте, который формально может быть описан как появление отрицательной вязкости. Фактически это означает, что суспензия под действием поля начинает течь и в отсутствие какой-либо внешней, понуждающей к течению силы. Поскольку в отсутствие такой силы суспензия не знает , в каком направлении следует течь, то течение может принимать различные, иногда причудливые формы [3] движение от стенок сосуда к его середине, течение одновременно в двух противоположных направлениях. Наличие течения проявляется в том, что на поверхности суспензии регулярно возникают гребни движущихся волн. Суспензия интенсивно нагревается из-за непрерывного вращения частиц в вязкой среде, и поэтому она может использоваться как распределенный тепловыделяющий агент. [c.766]

Само существование этого эффекта (наблюдаемого как в области больших, так и сколь угодно малых напряжений сдвига) имеет принципиальное значение, так как служит прямым экспериментальным доказательством отступления равновесной формы молекулярного клубка от сферической симметрии. [c.656]

В капиллярных вискозиметрах зависимость между напряжением сдвига и скоростью сдвига устанавливается косвенно по расходу жидкости и перепаду давления в капилляре, имеющем в большинстве случаев цилиндрическую форму. Напряжение сдвига и градиент скорости, возникающие в текущей жидкости, неоднородны. Градиент скорости изменяется от нуля в центре капилляра до максимального значения у стенок капилляра. При применении капиллярных вискозиметров большое значение имеют входовые эффекты, связанные с формированием потока при переходе расплава из резервуара в капилляр. Особенно большую роль входовые эффекты играют для расплавов, обладающих эластическими свойствами. Упругие составляющие деформации задерживают формирование профиля потока. Для исключения влияния входового эффекта на результаты эксперимента используют два капилляра разной длины. При постоянном расходе определяется отношение разности перепада давлений в двух капиллярах к разности их длин. На основании полученных данных находят истинный перепад давления, отнесенный к единице длины капилляра и соответствующий развитому профилю потока. [c.98]

Если полиионы находятся в растворе в сильно вытянутой форме, их подвижность в направлении максимального растяжения цепи значительно больше, чем в других направлениях. Таким образом, если заставить полиионы принимать предпочтительную пространственную ориентацию, электропроводность раствора начинает зависеть от направления ее измерения. Этот поразительный эффект наблюдался в растворах нолиэлектролитов, ориентированных в поле высоких градиентов напряжения сдвига [843, 844]. Особенно интересно то, что этот же эффект может быть получен, если раствор полиэлектролита с гибкими цепями поместить в сильное электрическое переменное поле [845, 846]. В этом случае ориентация цепей обусловливается тем, что поляризуемость противоионного [c.307]

Структурные изменения в пристенном слое существенно отличаются от тех, которые происходят в процессе течения в основной массе струи. Возникающие напряжения могут приводить к периодическому проскальзыванию пристенных слоев, что влечет за собой проявление нестабильности потока. В больщинстве случаев такая нестабильность проявляется по причине 5-6-кратной деформации, развивающейся в результате сдвига, и возникающих при этом нормальных напряжений. Необходимо отметить, что увеличение длины капилляра / ослабляет нестабильность процесса истечения концентрированных растворов и расплавов полимеров. Нарушение установившегося течения и профиля скоростей, которое выражается в искажении формы струи жидкости, вытекающей из капилляра, определяется как эффект эластической турбулентности . Область проявления эластической турбулентности соответствует увеличению эффективной скорости сдвига. Эта область смещается в сторону больших X и у при ослаблении входовых эффектов, при удлинении капилляра, при снижении г эф. [c.182]

На выходе полимера из канала концентрация напряжения до величины критических значений также приводит к локальному отрыву полимера от стенки канала. В результате из канала выбрасывается малая порция в той или иной степени отрелаксировавшего полимера. За ней следует порция полимера, находящегося под действием более высокого напряжения. Соответственно на струе полимера, выходящей из канала, появляются участки большего и меньшего диаметров (как результат большей и меньшей релаксации напряжений). Когда внутри канала на стенках напряжение достигает значения, равного одной пятой критического, в зоне у кромки оно поднимается до критического. Таким образом, это объясняет, почему при ньютоновском режиме течения полибутадиена в канале на выходе из него могут наблюдаться мелкомасштабные периодические искажения формы экструдата. Другой важный вывод заключается в том, что причина появления мелкомасштабных искажений формы экструдата и усиления этих искажений с повышением напряжений и скоростей сдвига та же, что и у эффекта срыва — переход полимера в высокоэластическое состояние или такое приближение к этому состоянию, когда доминирующее влияние на деформируемость полимера оказывает снижение его текучести. Это объясняет однозначную связь параметров, определяющих срыв, и появление эластической турбулентности. [c.377]

К образованию больших входовых эффектов и соответственно избыточных напряжений, играют определяющую роль в возникновении неоднородности струи, вытекающей из отверстия. Было высказано предположение что при достижении энергией входового эффекта определенной критической величины может произойти разрыв сплошности струи. Это явление было схематически представлено в виде диаграммы распределения энергии по длине капилляра для случаев прямоугольного и конического входов в капилляр (рис. 7.3). Как видно из рис 7.3, а, поглощенная энергия для прямоугольного входа может превысить при соответствующих скоростях сдвига критическую величину (пунктирная линия) и привести к нарушению сплошности потока. Если при тех же скоростях сдвига вход будет иметь коническую форму, то общая энергия входа распределится между двумя областями по длине конуса и пики поглощенной энергии окажутся расположенными ниже критической энергии разрыва струи, как это видно на рис. 7.3, 6. [c.141]

В дальнейшем модель сетки развивалась в двух направлениях. Во-первых, исходное положение теории о том, что распределение расстояний между узлами флуктуацнонной сетки описывается вероятностным законом Гаусса, было обобщено с тем, чтобы включить в рассмотрение негауссовы члены распределения расстояний (М. Ямамото). Это приводит к появлению квадратичных членов в зависимости напряжения сдвига от скорости деформации и предсказанию некоторых нелинейных эффектов. Однако и в этом случае вязкоупругие свойства модели не конкретизируются, так что теория оставляет возможность свободы выбора формы релаксационного-спектра и, следовательно, вида всех вязкоупругих функций. Во-вторых, было высказано предположение (А. Кей) о том, что вероятность образования узлов или время их жизни зависят от действующего напряжения. Это предположение, существенно обобщающее теорию Лоджа, позволяет описать различные нелинейные эффекты, в частности явление аномалии вязкости. Однако этот подход связан с произвольным выбором вида функции, которая призвана учитывать влияние напряжений па параметры, характеризующие свойства узлон флуктуацнонной сетки. Это направление развития модели сетки, отличаясь большой гибкостью, не позволяет конкретизировать предсказания относительно вида вязкоупругих свойств среды. [c.297]

Представление о повышенной поверхностной вязкости возникает не только на основании повышения затухания диска при колебании, прикотором происходят сравнительно быстрые перемены направлений скорости движения диска, но также и на основании формы кривых деформаций пленок при медленном закручивании диска, как это было показано нами ранее [1]. Ряд пленок дает кривые деформации, указывающие на их хрупко-твердое состояние. По этим кривым можно достаточно определенно вычислить модули сдвига. Другие же пленки дают кривые дeфopмaциIJ с непрерывным нарастанием деформации при увеличении крутящего момента. Эти кривые проходят через начало координат и не показывают определенного предельного напряжения сдвига, характерного для классических пластичных тел, подчиняющихря уравнению Бингама Поэтому эти пленки следует считать высоковязкими. В соответствии с этим, скорость деформации в них растет почти линейно с увеличением крутящего момента, отклоняясь от линейности лишь при сильно повышенных скоростях. Это указывает на постоянство момента сопротивления пленки — постоянство коэффициента вязкости — до сравнительно больших скоростей деформации, при которых начинается частичное разрушение структуры. Однако, скорости деформации в этом случае намного меньше, чем при колебании диска, поэтому эффект увлечения подкладки должен быть совсем незначительным. При закручивании диска в таких высоковязких пленках разность углов верхнего и нижнего концов нити может достигать 1000°, т. е. трех полных оборотов. Мало вероятно, чтобы такое сдерживающее диск усилие могло каким-либо образом зависеть от легко текучей подкладки (вода), в которой до нанесения пленки диск свобод- [c.60]

Молекулы растворенного вещества, имеющие резко асимметричную форму, при течении раствора по капилляру вискозиметра определенным образом ориентируются в потоке. Вследствие этого при увеличении градиента скорости величина т] уменьшается. Ориентация молекул растворенного вещества сохраняется вплоть до сколь угодно большого разбавления раствора, тогда как взаимодействие между ними в этих условиях уже отсутствует. Для устранения эффекта ориентации нужно либо экстраполировать результаты, полученные с помощью капиллярного вискозиметра, к напряжению сдвига, равному нулю, либо применить вискозиметр другого типа. Вискозиметр Куэтта состоит из двух концентрических цилиндров, между которыми помещается жидкость. Внешний цилиндр вращают с постоянной скоростью. Мерой вязкости служит величина крутильного момента, передаваемая через жидкость подвешенному на нити внутреннему цилйндру. Подобный вискозиметр позволяет проводить измерения при очень малых градиентах. [c.199]

Разрушением структуры у входа в капилляр объясняются многие необычные эффекты, наблюдаемые при течении расплавов полимерных материалов через каналы сложной формы. Так, при выдавливании расплава из круглого канала с большим диаметром в круглый канал с меньшим диаметром потеря давления существенно зависит от расположения малого канала относительно оси большого. Максимальные потери давления наблюдаются при соосном расположении каналов, так как в этом случае структура расплава перед входом в малый канал разрушена меньше, чем в случае смещенного канала, поскольку наименьшее разрушение структуры расплава в большом канале происходит близи его оси, где -напряжения сдвига минимальны. Наличие резких поворотов в канале вызывает дополнительные потери давления при течении ньютоновских жидкостей. Для рааплав01в полимерных материалов дополнительные потери давления на поворотах, расположенных близи входа, практически отсутствуют . Потери давления выше, если поворот удален от входа на расстояние, достаточное хотя бы для частичного воюстановления структуры, разрушенной на входе. [c.90]

По данным Г. В. Виноградова и сотр. [12], форма вытекающей струи расплава определяется только напряжением 10двига. При очень больших напряжениях струя вытекает с искаженным профилем м может даже распадаться на отдельные капли (обрыв формования) Однако величина напряжения сдвига является основной, но не единственной причиной неоднородности течения расплавленной нити. Если в ка-П ил 1яре фильеры не будут погашены входовые эффекты и не установится ламина-рное течение, то выходящая нз капилляра струя всегда будет нестабильной. Явление нестабильного течения струя расплава называют эластичной турбулентностью . Для анализа условий ее возникновения предложен критерий — эластическое число Рейнольдса Rep, выражаемое уравнением [c.112]

Поскольку коэффициенты вязкости и диффузии для воздуха и воды малы, то можно подумать, что их эффектами можно пренебречь совсем. Однако их важность для крупномасштабных движений уже обсуждалась, а их эффекты вблизи границ являются особенно существенными. Например, условие (4.П.11) требует непрерывности касательной компоненты скорости в атмосфере и в океане на границе раздела, тогда как невязкая модель дает большой разрыв касательной скорости. На деле это приводит к больш.ому сдвигу или градиенту скорости около границы. Толщина области большого сдвига (называемого пограничным слоем) определяется коэффгщиеитом вязкости, если сдвиг достаточно мал, как в некоторых лабораторных ситуациях. Однако в атмосфере и океане сдвиг (см. разд. 2.4) почти всегда так велик, что малые возмущения растут самопроизвольно, забирая энергию от сдвигового течения и создавая при этом турбулентный пограничный слой. Перенос импульса, тепла, влажности, соли и т. д. в таких случаях происходит путем вихревого движения, исключая очень тонкий слой около границы, в котором преобладают процессы молекулярного переноса. Природа вихревого движения (и, следовательно, значения скоростей переноса) неполностью определяется сдвигом. Конвекция, связанная с тем, что тяжелая жидкость лежит над легкой, также может создавать вихри или изменять вихри, вызванные сдвигом. На скорости переноса могут также влиять свойства поверхности или некоторым прямым воздействием, или косвенно через форму поверхности (загрязнения меняют свойства воли и скорости переноса импульса волнами). Для моделирования крупномасштабных движений атмосферы и океана детальная структура пограничного слоя не может быть учтена. Вместо этого скорости переноса через границу связываются со свойствами границы и свойствами атмосферы или океана иа некотором расстоянии от границы. В частности, такое представление эффектов турбулепт-иого сдвигового потока принимает вид, указанный в разд. 2.4. Например, касательное напряжение иа дне океана или на нижней границе атмосферы можно вычислить согласно (2.4.1). Существование этого напряжения ведет к тому, что энергия отнимается от океана или от атмосферы, так что этот эффект иногда называется донным трением . Потоки тепла и воды между океаном и атмосферой рассматриваются аналогичным способом с использованием эмпирических граничных условий типа рассмот-рсш1ых в гл. 2. [c.115]

Кристаллы могут оказаться в напряженном состоянии, и это вызовет в одних случаях сдвиг линий, в других — их рас ширение. Исследование при повышенных температурах может оказаться связанным со столь сильными тепловыми колебаниями атомов, что под большими углами рассеяния линии окажутся сильно ослабленными, а фон усилится. Такой же эффект получается при наличии включений посторонних веществ. Может получиться и так, что кристаллы имеют форму тонких пластинок (слюды, глины), и тогда максимумы интенсивности перестают быть симметричными, размываясь в сторону возрастающих углов. Наконец, особенно частыми могут оказаться случаи, когда вследствие низкой симметрии кристаллов отражения возникают в таком большом кояичёствё, что одни линии располагаются рядом с другими и образую неразрешенные группы. [c.117]

Характеристическая вязкость является мерой прироста вязкости раствора за счет присутствия в нем растворенных макромолекулХарактеристическая вязкость сферических частиц не зависит от их массы, но в общем случае она очень чувствительна к форме и конформации молекул. Характеристические вязкости в случае вытянутых эллипсоидов вращения гораздо больше соответствующих значений для сплющенных эллипсоидов . Довольно надежные оценки молекулярных масс можно получать на основе параллельных измерений седиментации и вязкости. При измерении вязкости в растворах, содержащих очень длинные молекулы, получаемые значения весьма заметно зависят от величины градиента скорости (скорости сдвига) в измерительном приборе. За счет сдвиговых напряжений может происходить обратимое изменение средней конформации цепей больших ДНК. Этот эффект лежит в основе измерений молекулярных масс методом упруговязкой релаксации. [c.306]