In the present study, spread-recoil behavior of a drop of shear-thinning liquid (xanthan solution) on a dry wall (polished stainless-steel plate) was examined and compared with that of Newtonian liquid (glycerin solution). Nine different kinds of xanthan and glycerin solutions were tested, including three pairs of xanthan and glycerin solutions, each having the same viscosity in low shear rate region ($10^{-2}-10^0\;l/s$). The drop behavior was visualized and recorded using a CCD camera. The maximum diameter and the spreading velocity of the xanthan drops turned out to be significantly larger and the time to reach their final shape was much shorter compared to the cases with the glycerin solutions, due to the smaller viscous dissipation resulted from lower viscosity in the higher shear rate region (>$10^0\;l/s$). As a result, the maximum diameters were measured to be larger than the predicted values based on the model proposed for Newtonian liquids, and the deviation was more pronounced with the solution with the larger viscosity variation. Consequently, viscosity variation with the shear rate was found to be a dominant factor governing the spread-recoil behavior of shear-thinning drops.
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.
Rheometry testing and the DSC measurement of five thermotropic liquid crystalline polymers (TLCP) have been carried out. The dynamic viscosities of the five TLCPs show a typical shear-thinning behaviour obeying the power-law with the power indices from 0.2 to 0.3. When these TLCPs are heated above the melting temperatures determined by the DSC measurements, the dynamic viscosities first rapidly decrease by 2~3 orders of magnitude then level off, finally increase gradually with the further increasing of temperature. The steady shearing exhibited the same behaviour as the dynamic shearing, but serious edge fracture of material slippage out of the plates occurred. The abnormal temperature dependence of the viscosities can be explained by the nematic-isotropic transition. By using the concept of activation energy, we propose a simple model which can fit the shear-thinning behaviour quite well and predict qualitatively correct temperature effects.
In this study, a new model for calculating the liquid film thickness and condensation heat transfer coefficient in a vertical condenser tube is proposed by considering the effects of gravity, liquid viscosity, and vapor flow in the core region of the flow. In order to introduce the radial velocity profile in the liquid film, the liquid film flow was regarded to be in Couette flow dragged by the interfacial velocity at the liquid-vapor interface. For the calculation of the interfacial velocity, an empirical power-law velocity profile had been introduced. The resulting liquid film thickness and heat transfer coefficient obtained from the proposed model were compared with the experimental data from other experimental study and the results obtained from the other condensation models. In conclusion, the proposed model physically explained the liquid film thinning effect by the vapor shear flow and predicted the condensation heat transfer coefficient from experiments reasonably well.
Viscoelastic fluid is used in various industrial sites because its cost reduction and environmental benefits by preventing formation of fine droplets that scattered around. However, viscoelastic fluids, unlike newtonian fluids, contain a shear thinning characteristic that decrease in viscosity as shear rate increases and elastic characteristic, making it difficult to predict spray breakup process. In this study we made three test fluids. Boger fluid with viscoelastic characteristics, and two newtonian fluids, were prepared to exclude shear thinning characteristics and study the effects of elastic characteristic only. Flow visualization, spray angle, and SMD were measured for three test fluids using laboratory scale impinging jet test apparatus. As a result, it was confirmed that Boger fluid, unlike the newtonian fluid, was not formed fine droplets that scattered around and the breakup process appeared differently. In addition, SMD was found to be large in Boger fluid, and the SMD according to pressure was confirmed that there is no significant difference.
Hsieh, Tsung-Tang;Carlos Tiu;Hsieh, Kuo-Huang;George P. Simon
Korea-Australia Rheology Journal
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제11권3호
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pp.255-263
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1999
Blends of two thermotropic liquid crystalline polymers, HX2000 and Vectra A950, were prepared by melt blending. Effects of transesterification on these blends are investigated by comparing properties of the blends with and without the addition of an inhibitor, in terms of blend miscibility and rheology. Both the uninhibited and inhibited blends are found to be largely immiscible with very limited miscibility in HX2000-rich phase. No strong evidence indicates the occurrence of transesterification in the blends in the solid state. Dynamic rheological behaviour, such as shear storage modulus (G') and shear loss modulus (G") as a function of frequency, of the blends are interpreted by a three-zone model. HX2000 shows terminal-zone and plateau-zone behaviour, whilst Vectra A950 shows plateau-zone and transition-zone behaviour. The un- inhibited blends show plateau-zone behaviour up to 50% Vectra A950 content and the inhibited blends show plateau-zone behaviour up to 60% Vectra A950 content. Compositional dependence of the complex viscosities of the uninhibited and inhibited blends displayed positive deviations from additivity, which is a characteristic feature for the immiscible thermoplastic blends. When under steady shear, both the uninhibited and inhibited blends show shear thinning behaviour and their viscosities decrease monotonically with the addition of Vectra A950. Compositional dependence of the steady shear viscosities of the two sets of blends displayed negative deviations from additivity and the uninhibited blends were more viscous than the inhibited blends for the full composition range. Although limited agreement with the Cox-Merz rule is found for the inhibited blends, these two sets of blends, in general, do not follow the rule due to their liquid crystalline order and two-phase morphology. Despite being immiscible blends, transesterification, such as polymerization, in the blends might occur during the rheological characterization, supported by the facts that uninhibited blends show HX2000-dominant behaviour at lower Vectra A950 content and are more viscous than the inhibited blends. The addition of transesterification inhibitor in such blends is advised if only physical mixing is desired.ired.
Liquid crystalline (LC) poly(ethylene terephthalate-co-2(3)-chloro-1,4-phenylene terephthalate) (50/50, mole/mole) [PECPT] was synthesized and blended with polycarbonate (PC). LC properties of PECPT and thermal, morphological, and rheological behaviors of the PECPT/PC blend were studied. PECPT showed the nematic LC phase and much longer relaxation time than poly(ethylene terephthalate) (PET). The apparent melt viscosity of PECPT was one third of that of FET. An abrupt torque change was observed during the blending process due to the orientation of LC domains. For the blends containing 10~30 wt% of PECPT, the complex viscosities were higher than that of PC. As PECPT content increases above 40 wt%, shear thinning was observed. The lowest complex viscosity was obtained at 40~50 wt%. Transesterification of PECPT and PC was confirmed by the selective chemical degradation of carbonate groups in PC.
An experimental study is carried out to study two-phase vertically upward hydraulic transport of solid particles by water in a vertical and inclined (0${\sim}$60 degree) concentric annulus with rotation of the inner cylinder. Rheology of particulate suspensions in shear-thinning fluids is of importance in many applications such as particle removal from surfaces, transport of proppants in fractured reservoir and cleaning of drilling holes, and so on. Annular fluid velocities varied from 0.2 m/s to 1.5 m/s for the actual drilling operational condition. Macroscopic behavior of solid particles, averaged flow rate, and particle rising velocity are observed. Main parameters considered in this study were radius ratio, inner-pipe rotary speed, fluid flow regime, and particle injection rate. For both water and CMC solutions, the higher the concentration of the solid particles is, the larger the pressure gradients become
In the past, facile dissolution of cellulose has been hampered by the lack of suitable nondegrading solvents. Recently, this problem has been solved in our laboratory by the discovery of an inexpensive, convenient solvent system, that is the mixture of $NH_3\;and\;NH_4SCN$, for cellulose. Also, the $cellulose/NH_3/NH_4SCN$ solution system has been found to form the anisotropic, i.e., liquid crystalline phase. It is believed that both the cholesterio and the nematic phase occur. This finding has prompted extensive on-going researoh on the formation of the liquid crystalline phase from an inexpensive natural source such as cellulose since the nematic phase is envisioned as an excellent precursor sources for products with desirable properties, for example, high modulus and high strength. This interest naturally leads to a desire to understand the theological properties of the nematic phase so that the transformation of the nematic phase to the solid state with desirable properties can be efficiently accomplished, ;From this point of view, the theological behavior of the $cellulose/NH3_/NH_4SCN$ system has been studied as a function of shear rate and shear stress over a wide range of solvent compositions, cellulose concentration, centrifugation and urea contents, Results indicate that the viscosity decreases with increasing shear rate. A marked shear thinning behavior and a quasi-Newtonian behavior were observed in the low shear rate region and in the high shear rate region, respectively for all solvent compositions. The $cellulose/NH_3/NH_4SCN$ solution system only exhibited the viscosity increase with increasing cellulose concentration and failed to show the viscosity drop generally observed at the point of incipience of liquid crystal formation, This may be due to the gel-like nature of the solution by the association of the rodlike molecules into bundles which may serve as crosslinking points giving the cellulose solution a network structure. Also, simply hydrogen bonding may be so restrictive of molecular mobility that a viscosity drop is blocked. In addition to the above results, yield stress and thixotropy were also observed in the $cellulose/NH_3/NB_4SCN$ solution system which are characteristics of liquid crystal and gel, The results of the effect of centrifugation on viscosity show that viscosity decreases by the application of centrifugation. This may be explained by the change of the piled polydomain structure to the dispersed polydomain structure due to the pressure gradient generated during centrifugation.ation.
Glycerin monostearate, polyoxyethylene(100) monostearate, polyoxyethylene(20) sorbitan monostearate를 혼합한 유화제를 분산상인 liquid paraffin, beeswax 혼합물에 용해한 후 연속상인 propylene glycol 수용액을 첨가하는 방법인 agent-in-oil법을 적용한 반전유화법에 의해 O/W 에멀젼을 제조하였고, 제조과정에서 나타나는 상거동 및 점성거동을 관찰하였다. 연속상을 주가함에 따라 액정 영역과 백타겔 영역이 존재하는 유화제 조성(HLB 10.1~12.3)에서만 미세하고 균일한 에멀젼이 형성되었으며, 유상${\rightarrow}$액정상${\rightarrow}$겔상${\rightarrow}$O/W 에멀젼으로 상변화가 일어남을 알 수 있었다. 제조된 에멀젼의 전단속도에 따른 전단응력곡선으로부터 항복치가 존재함에 따라 에멀젼 입자간의 내부구조가 형성됨을 알 수 있었고, 전단력에 의한 내부구조의 파괴가 겉보기상으로는 완전히 비가역적으로 진행되며, 구조 파괴의 척도인 hysteresis loop의 면적은 유화제의 HLB값이 작을수록 큰 것을 알 수 있었다. 시간에 따른 전단응력 변화곡선에서소성점성도의 시간의존성이 큰 것을 확인하였고, 시간유동화현상에 따른 완화시간(${\lambda}$)으로부터 HLB값이 작을수록 상대적 안정성이 큼을 알 수 있었으며, homomixer로 제조한 에멀젼에 비해 반전유화법에 의해 제조한 에멀젼이 더 안정함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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