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고농도 현탁액의 유체역학과 유동학(Fluid mechanics and rheology of dense suspensions)

전문가 제언: □ 점성 액체 내에 들어있는 고체 입자 현탁액은 어디에서나 존재하는데 예를 들어, 생물학적 시스템(혈액), 가정용 제품(페인트), 그리고 산업 부산물(폐기용 슬러리)등이 있다. 현탁액은 다양한 유체의 한 범주에 속하는데, 이것은 부유하는 입자와 부유하는 유체의 물리적, 화학적 성질을 따르지 않는다.

□ 고농도 현탁액의 가장 큰 특징은 유동이 비-뉴톤적 유체라는 것이다. 이로 인해 균일한 점성을 갖는 뉴톤적 유체와는 달리 여러 가지 인자들에 의해 변화하는 점성을 갖는다. 이에 따라 shear-thinning 과 shear-thickening 특성이 나타난다. 모든 현탁액은 낮은 곳에서부터 중간 전단비까지 일반적으로 shear-thin이다. 전단비가 증가하면서 뉴톤적 plateau가 존재하고 마지막으로 가파른 shear-thickening 영역이 존재하게 된다. shear-thickening을 초과하는 곳에서의 거동은 명확하지 않으나 일부 연구는 깨짐이 최초로 발생하지 않았다면 shear- thickening이 다시 시작하는 것을 보여주고 있다.

□ 현탁액의 비 뉴톤적 유동에서 더 깊이 들어갈 경우, 현탁액의 미세구조를 고려하는 것이 유용하다. 구형(spherical) 입자 현탁액의 경우 미세구조는 다른 각각과 관계된 현탁된 입자의 위치에 의해 정의된다. 많은 형태의 구성, 즉 끈, 시트, 덩어리, 반결정체 그룹 등이 가능하다. 고밀도 현탁액의 비 뉴톤적 거동은 전단 하에 있는 미세구조의 변화로부터 나온 결과라고 일반적으로 받아들여지고 있다.

□ 연구는 농축된 현탁액의 역학에 대한 현저한 통찰을 제공하고 있다. 대부분의 노력들은 점성 상관관계, 수직 응력 거동, 또는 입자의 이동과 같은 현탁액 유동에서 한 입자의 양상에 초점을 맞추어 왔다. 임의 형태의 유동에 사용되는 작업 모델을 얻기 위하여 이 모든 것들을 함께 고려해야 한다.

저자: Stickel, JJ; Powell, RL
자료유형: 학술정보