Rakenteen ja virtauksen välisen kytkeytymisen mallinnus rakenteellisissa nesteissä

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Rakenteellisia nesteitä on havaittavissa niin luonnossa kuin teollisessa ympäristössä ja niiden käyttö yleistyy sovelluksissa samalla, kun tekninen tietämyksemme niiden osalta lisääntyy. Maanvyörymät, vaahdot, surfaktanttisuspensiot, polymeerisulat sekä rakeiset aineet ovat kaikki esimerkkejä rakenteellisista nesteistä, joille tavanomaista on epänewtonilainen käytös virtauksessa. Näin ollen niiden virtausvastus eli viskositeetti muuttuu esimerkiksi virtauksen intensiteetin tai sen keston funktiona. Tämä käytös voidaan selittää viime kädessä näiden nesteiden sisäisellä rakenteella, jonka rakennetekijät vuorovaikuttavat niin keskenään kuin ympäröivän nesteen kanssa eri tavoin virtauksessa. Tämän ilmiömaailman mallintaminen toteutetaan tässä väitöstyössä karkeistetuilla kineettisellä rakennemallilla sekä diffuusiomallilla, jotka on kytketty virtausmekaanisiin suureisiin jatkumotasolla Navier-Stokes yhtälöiden avulla. Näiden mallien avulla tutkitaan leikkauksen aiheuttamaa vyöttymisilmiötä, leikkauksen lokalisaatiota sekä toisaalta kuitususpensioiden kuivaustapahtumia. Lisäksi väitöksessä moniskaalamallinnuksen turvin mallinnetaan rakeisten, vettyneiden materiaalien virtauskäytöstä mikroskooppisella tasolla vuorovaikutuksia kuvaavan Discrete Element Method (DEM) -menetelmän ja makroskooppisten Navier-Stokes-yhtälöiden avulla. Leikkauksen vyöttymiseen sekä lokalisaatioon liittyvät tulokset osoittavat, että rakenteellisen nesteen kokema inertia on olennaisessa osassa vyöttymisen laukaisemisessa. Tämä inertia, joka toisinaan huomioidaan riittämättömästi mallinnuksessa, voi olla seurausta esimerkiksi käynnistysvirtauksesta tai oskillatorisesta virtauksesta, jota esiintyy muun muassa paljon hyödynnetyssä Large Amplitude Oscillatory Shear (LAOS) -protokollassa. Lisäksi rakenteellisen nesteen kuivaukseen liittyen havaitaan, että myös vyöttymisessä esiintyvien, rakentuneen nesteen notkenemiseen ja jäykkenemiseen liittyvien siirtymien tasoittaminen painepulssien avulla voidaan luoda optimoitu kuivausprotokolla. Lisäksi tähän asti heikosti ymmärretty virtausnopeuden sysäys vettyneiden rakeisten aineiden siilovirtauksissa voidaan luontevasti selittää näiden samaisten siirtymien avulla, joiden taustalla on rakeisten materiaalien tapauksessa niiden rakenteen muodostamat voimaketjut.
Julkaisun otsikon käännösRakenteen ja virtauksen välisen kytkeytymisen mallinnus rakenteellisissa nesteissä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Alava, Mikko, Vastuuprofessori
  • Puisto, Antti, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0188-1
Sähköinen ISBN978-952-64-0189-8
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • rakenteelliset nesteet
  • mallinnus
  • rakenteet
  • virtaus

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Rakenteen ja virtauksen välisen kytkeytymisen mallinnus rakenteellisissa nesteissä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä