مهندسی مکانیک

سیالات تیکسوتروپیک

برای مدل کردن بسیاری از سیالات مهم صنعتی تنها نمی­توان اثر نرخ برش را بررسی نمود بلکه در این سیالات زمان نیز نقش بسیار مهمی را در تعیین ویسکوزیته ظاهری ایفا می­کند. برای بسیاری از مواد مهم صنعتی و کاربردی زمانی که تحت تنش برش ثابتی قرار می­گیرند، ویسکوزیته ظاهری تغییر پیدا می­کند. سیالات وابسته به زمان به دو دسته تیکسوتروپیک[1] و رئوپکسیک (آنتی­تیکسوتروپیک)[2]  تقسیم می­شوند. در زیر به اختصار در باره­ی هر کدام از این سیالات توضیحاتی داده می­شود.

1- تیکسوتروپیک

اگر ویسکوزیته ظاهری (یا تنش برشی متناسب با نرخ کرنش) ماده­ای تحت تنش­برش ثابت (یا نرخ کرنش ثابت) با زمان کاهش پیدا کند، تیکسوتروپیک ­نامیده می­شود. ویسکوزیته ظاهری این نوع از سیالات وابسته به زمان، تحت یک تنش برشی متناوب، به صورت هیسترزیس عمل می­کند، که در شکل 1- 5 این پدیده نشان داده شده است. ارتفاع و شکل و مساحت این حلقه هیسترزیس به مدت زمان تنش و نرخ افزایشی و یا کاهشی نرخ برش و تاریخچه زمانی سینماتیکی نمونه آزمایش بستگی دارد. برای سیالات مستقل از زمانی که تحت آزمایش هیسترزیس قرار گیرد، پدیده هیسترزیس در آن مواد مشاهده نمی­شود و مسیر رفت و برگشت یکسان در منحنی جریان خواهند داشت و مساحت برای هیسترزیس تشکیل نخواهد شد. مواد ویسکوپلاستیک که همانند تیکسوتروپیک عمل می­کنند را ‘مواد با بدنه کاذب[3]’  نیز می­گویند. با وجود اینکه ساختار این نوع از سیالات تحت تنش، تغییر پیدا می­کند، ولی تنش تسلیم ساختار ماده هیچگاه از بین نخواهد رفت، هر چند که میزان این تنش تسلیم در طول برش ثابت، کاهش پیدا می­کند.

رفتار هیسترزیس سیالات تیکسوتروپیک و رئوپکتیک

برای اینکه رفتار ماده به عنوان یک سیستم کاملا تیکسوتروپیک تلقی گردد باید حتما سه شرط زیر را ارضا کنند:

  1. سیال باید غیرالاستیک باشد.
  2. در نرخ تنش معینی بدون توجه به تاریخچه فرایند جریان، ویسکوزیته سیستم به یک مقدار تعادلی بعد از گذشت مدت زمانی برسد یعنی
  3. باید تابع  یکنواخت[4] باشد.

 اگر تابع  (تابع مربوط به ویسکوزیته) نزولی باشد سیال را تیکسوتروپیک مثبت می­گویند و اگر تابع  صعودی باشد سیال را تیکسوتروپیک منفی (رئوپکتیک) می­­نامند.

2-رئوپکتیک

ویسکوزیته ظاهری این نوع مواد در نرخ برش ثابت با گذشت زمان بر خلاف تیکسوتروپی افزایش پیدا می­کند. در منحنی جریان این مواد نیز هیسترزیس مشاهده می­شود ولی جهت آن برعکس تیکسوتروپی می­باشد. 

 

اگر عمری باشد راجع به سیالات تیکسوتروپیک بیشتر مطلب خواهم نوشت.



[1] Thixotropic

[2] Rheopexic (Anti-Thixotropy)

[3] False Body

[4] Monotonic