Numéro
J. Physique Lett.
Volume 42, Numéro 10, mai 1981
Page(s) 201 - 204
DOI https://doi.org/10.1051/jphyslet:019810042010020100
J. Physique Lett. 42, 201-204 (1981)
DOI: 10.1051/jphyslet:019810042010020100

The onset of dilatant behaviour in non-inertial flow of dilute polymer solutions through channels with varying cross-sections

G. Chauveteau1 et M. Moan2

1  Institut Français du Pétrole, B.P. 11, 92506 Rueil-Malmaison, France
2  Laboratoire d'Hydrodynamique Moléculaire, Faculté des Sciences, 29283 Brest, France


Abstract
The apparent viscosity of dilute polymer solutions in non-inertial flows through channels consisting of successive short tubes or slits separated by expansions displays a marked divergence from shear-thinning power-law behaviour beyond a critical shear rate calculated for constricted sections. The product of this critical shear rate by the Rouse relaxation time was found to be nearly constant for various coil polymers, solvent viscosities and polymer concentrations, independently of the exact geometric shape of the channels. When the critical shear rate is reached, the maximum stretch rate in the converging sections is greater than the inverse of the Rouse relaxation time. An elongation of macromolecules is thus expected and the dilatant behaviour can be attributed to the increased viscous dissipation due to the elongated state of macromolecules in the converging parts of flow.


Résumé
La viscosité apparente de solutions diluées de polymère lors d'écoulements non inertiels dans des canaux constitués de tubes courts ou de fentes séparées par des expansions cesse de suivre un comportement pseudoplastique en loi puissance au-delà d'une vitesse de cisaillement critique calculée pour la section contractée. Le produit de cette vitesse de cisaillement critique par le temps de relaxation de Rouse est à peu près constant pour différents polymères en pelote, différentes viscosités du solvant et différentes concentrations en polymère, indépendamment de la forme géométrique exacte des canaux. Quand la vitesse de cisaillement critique est atteinte, la vitesse d'élongation maximale dans les sections convergentes de l'écoulement est supérieure à l'inverse du temps de relaxation de Rouse. On s'attend dans ces conditions à une élongation des macromolécules et on peut interpréter le comportement dilatant par l'augmentation de la dissipation visqueuse accrue par suite de l'état allongé des macromolécules dans les parties convergentes de l'écoulement.

PACS
4750 - Non Newtonian dynamics.
4760 - Flows in ducts, channels, and conduits.

Key words
channel flow -- non Newtonian flow -- polymer solutions -- viscosity of liquids -- dilatant behaviour -- dilute polymer solutions -- channels -- apparent viscosity -- critical shear rate -- Rouse relaxation time -- viscous dissipation -- noninertial flow -- macromolecular elongation -- channel cross section