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Flujo No-Newtoniano: Reología de Fundidos

Storyboard

Los fundidos poliméricos exhiben adelgazamiento por corte (shear-thinning) porque el flujo desenreda las cadenas mecanismo microscópico distinto del de una suspensión cerámica (Cerámica M2), aunque la forma matemática sea similar.

>Modelo

ID:('ky', 1714)


Viscosidad en el límite de corte cero

Storyboard



$\displaystyle \lim_{\dot{\gamma}\to0^+}\eta_{\mathrm{eq}}=\eta_0$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$



>Modelo

ID:('gm', 14786)


Rampa logarítmica de corte

Storyboard



$\displaystyle \dot{\gamma}=10^{g_0-A_\gamma/2+A_\gamma q_{\mathrm{rampa}}}$

$q_{mathrm{rampa}}$
Fase normalizada de la rampa
$1$
$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$



>Modelo

ID:('gm', 14778)


Protocolo oscilatorio

Storyboard



$\displaystyle \dot{\gamma}=\max\left(10^{-6},\dot{\gamma}*{\mathrm{base}}e^{A*\gamma\sin(\omega t)}\right)$

$dot{gamma}_{mathrm{base}}$
Tasa base de corte
$1/s$
$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$omega$
Frecuencia angular
$rad/s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14779)


Derivada de viscosidad RK4, primera pendiente

Storyboard



$\displaystyle k_1=\frac{\eta_{\mathrm{eq}}[\dot{\gamma}(t)]-\eta_{\mathrm{app}}}{\tau_{\mathrm{relax}}}$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{app}}$
Viscosidad aparente transitoria
$Pa·s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$
$k_1$
Primera pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14780)


Segunda pendiente RK4

Storyboard



$\displaystyle k_2=\frac{\eta_{\mathrm{eq}}[\dot{\gamma}(t+\Delta t/2)]-(\eta_{\mathrm{app}}+\Delta t,k_1/2)}{\tau_{\mathrm{relax}}}$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{app}}$
Viscosidad aparente transitoria
$Pa·s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$
$k_1$
Primera pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$k_2$
Segunda pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14781)


Tercera pendiente RK4

Storyboard



$\displaystyle k_3=\frac{\eta_{\mathrm{eq}}[\dot{\gamma}(t+\Delta t/2)]-(\eta_{\mathrm{app}}+\Delta t,k_2/2)}{\tau_{\mathrm{relax}}}$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{app}}$
Viscosidad aparente transitoria
$Pa·s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$
$k_2$
Segunda pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$k_3$
Tercera pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14782)


Cuarta pendiente RK4

Storyboard



$\displaystyle k_4=\frac{\eta_{\mathrm{eq}}[\dot{\gamma}(t+\Delta t)]-(\eta_{\mathrm{app}}+\Delta t,k_3)}{\tau_{\mathrm{relax}}}$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{app}}$
Viscosidad aparente transitoria
$Pa·s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$
$k_4$
Cuarta pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$k_3$
Tercera pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14783)


Actualización RK4

Storyboard



$\displaystyle \eta_{\mathrm{app},i+1}=\eta_{\mathrm{app},i}+\frac{\Delta t}{6}(k_1+2k_2+2k_3+k_4)$

$eta_{mathrm{app}}$
Viscosidad aparente transitoria
$Pa·s$
$k_4$
Cuarta pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$k_1$
Primera pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$k_2$
Segunda pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$
$k_3$
Tercera pendiente RK4 de la viscosidad
$Pa$



>Modelo

ID:('gm', 14784)


Restricción de viscosidad

Storyboard



$\displaystyle \eta_{\mathrm{app},i+1}=\max(10^{-9},\eta_{\mathrm{app},i+1})$



>Modelo

ID:('gm', 14785)


Fase de la rampa

Storyboard



$\displaystyle q_{\mathrm{rampa}}=\frac{\operatorname{mod}(t,T_{\mathrm{rampa}})}{T_{\mathrm{rampa}}}$

$q_{mathrm{rampa}}$
Fase normalizada de la rampa
$1$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14777)


Viscosidad en corte infinito

Storyboard



$\displaystyle \lim_{\dot{\gamma}\to\infty}\eta_{\mathrm{eq}}=\eta_\infty$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$



>Modelo

ID:('gm', 14787)


Condición de adelgazamiento por corte

Storyboard



$\displaystyle 0



>Modelo

ID:('gm', 14788)


Inicio aproximado del adelgazamiento

Storyboard



$\displaystyle \dot{\gamma}*{\mathrm{crit}}\approx\frac{1}{\lambda*{\mathrm{CY}}}$

$dot{gamma}_{mathrm{crit}}$
Tasa aproximada de inicio del adelgazamiento
$1/s$



>Modelo

ID:('gm', 14789)


Número de Carreau

Storyboard



$\displaystyle Cu=\lambda_{\mathrm{CY}}\dot{\gamma}$

$Cu$
Número de Carreau
$1$
$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$



>Modelo

ID:('gm', 14790)


Región newtoniana inferior

Storyboard



$\displaystyle Cu\ll1$

$Cu$
Número de Carreau
$1$



>Modelo

ID:('gm', 14791)


Región de adelgazamiento

Storyboard



$\displaystyle Cu\gg1$

$Cu$
Número de Carreau
$1$



>Modelo

ID:('gm', 14792)


Tiempo del loop

Storyboard



$\displaystyle T_{\mathrm{loop}}=\frac{T_{\mathrm{loop,ms}}}{1000}$



>Modelo

ID:('gm', 14793)


Modelo de Carreau–Yasuda

Storyboard



$\displaystyle \eta_{\mathrm{eq}}=\eta_\infty+(\eta_0-\eta_\infty)\left[1+(\lambda_{\mathrm{CY}}\dot{\gamma})^{a_{\mathrm{CY}}}\right]^{(n_{\mathrm{CY}}-1)/a_{\mathrm{CY}}}$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$



>Modelo

ID:('gm', 14761)


Protocolo de escalón alto

Storyboard



$\displaystyle \dot{\gamma}=\dot{\gamma}*{\mathrm{base}}10^{A*\gamma}$

$dot{gamma}_{mathrm{base}}$
Tasa base de corte
$1/s$
$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$



>Modelo

ID:('gm', 14776)


Protocolo de escalón bajo

Storyboard



$\displaystyle \dot{\gamma}=\dot{\gamma}_{\mathrm{base}}$

$dot{gamma}_{mathrm{base}}$
Tasa base de corte
$1/s$
$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$



>Modelo

ID:('gm', 14775)


Frecuencia angular

Storyboard



$\displaystyle \omega=10^{g_\omega}$

$omega$
Frecuencia angular
$rad/s$



>Modelo

ID:('gm', 14774)


Tasa base de corte

Storyboard



$\displaystyle \dot{\gamma}_{\mathrm{base}}=10^{g_0}$

$dot{gamma}_{mathrm{base}}$
Tasa base de corte
$1/s$



>Modelo

ID:('gm', 14773)


Error relativo de Cox–Merz

Storyboard



$\displaystyle E_{\mathrm{CM}}=\frac{\left|\eta_{\mathrm{eq}}-\left|\eta^*\right|\right|}{\max(\eta_{\mathrm{eq}},10^{-12})}$

$E_{mathrm{CM}}$
Error relativo de Cox–Merz
$1$
$|eta^*|$
Módulo de la viscosidad compleja
$Pa·s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$



>Modelo

ID:('gm', 14772)


Viscosidad compleja aproximada

Storyboard



$\displaystyle \left|\eta^*(\omega)\right|=\eta_\infty+(\eta_0-\eta_\infty)\left[1+(\lambda_{\mathrm{CY}}\omega)^{a_{\mathrm{CY}}}\right]^{(n_{\mathrm{CY}}-1)/a_{\mathrm{CY}}}$

$|eta^*|$
Módulo de la viscosidad compleja
$Pa·s$
$omega$
Frecuencia angular
$rad/s$



>Modelo

ID:('gm', 14771)


Relación de Cox–Merz

Storyboard



$\displaystyle \eta(\dot{\gamma})=\left|\eta^*(\omega)\right|\quad\text{para}\quad\dot{\gamma}=\omega$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$omega$
Frecuencia angular
$rad/s$



>Modelo

ID:('gm', 14770)


Ruido relativo de medición

Storyboard



$\displaystyle \varepsilon_\eta=\delta_\eta(2U-1),\qquad U\sim\mathcal U(0,1)$

$varepsilon_eta$
Error relativo instantáneo de medición
$1$



>Modelo

ID:('gm', 14769)


Viscosidad medida con ruido

Storyboard



$\displaystyle \eta_{\mathrm{med}}=\eta_{\mathrm{app}}(1+\varepsilon_\eta)$

$varepsilon_eta$
Error relativo instantáneo de medición
$1$
$eta_{mathrm{med}}$
Viscosidad aparente con ruido de medición
$Pa·s$
$eta_{mathrm{app}}$
Viscosidad aparente transitoria
$Pa·s$



>Modelo

ID:('gm', 14768)


Relajación transitoria de viscosidad

Storyboard



$\displaystyle \frac{d\eta_{\mathrm{app}}}{dt}=\frac{\eta_{\mathrm{eq}}-\eta_{\mathrm{app}}}{\tau_{\mathrm{relax}}}$

$eta_{mathrm{app}}$
Viscosidad aparente transitoria
$Pa·s$
$eta_{mathrm{eq}}$
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
$Pa·s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14767)


Esfuerzo de ley de potencia

Storyboard



$\displaystyle \tau_{\mathrm{PL}}=K_{\mathrm{power}}f_T\dot{\gamma}^{,n_{\mathrm{CY}}}$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$ au_{mathrm{PL}}$
Esfuerzo calculado por ley de potencia
$Pa$



>Modelo

ID:('gm', 14766)


Esfuerzo cortante de Carreau–Yasuda

Storyboard



$\displaystyle \tau_{xy}=\eta_{\mathrm{app}}\dot{\gamma}$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{app}}$
Viscosidad aparente transitoria
$Pa·s$
$ au_{xy}$
Esfuerzo cortante
$Pa$



>Modelo

ID:('gm', 14765)


Ley de potencia

Storyboard



$\displaystyle \eta_{\mathrm{PL}}=K_{\mathrm{power}}f_T\dot{\gamma}^{,n_{\mathrm{CY}}-1}$

$dot{gamma}$
Tasa de corte instantánea
$1/s$
$eta_{mathrm{PL}}$
Viscosidad de la ley de potencia
$Pa·s$



>Modelo

ID:('gm', 14764)


Corrección térmica de viscosidad infinita

Storyboard



$\displaystyle \eta_\infty=\eta_{\infty,\mathrm{ref}}f_T$



>Modelo

ID:('gm', 14763)


Corrección térmica de viscosidad cero

Storyboard



$\displaystyle \eta_0=\eta_{0,\mathrm{ref}}f_T$



>Modelo

ID:('gm', 14762)


Estructura del modelo

Descripción

Red de modelo


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$E_{mathrm{CM}}$
E_CM
Error relativo de Cox–Merz
1
$varepsilon_eta$
epsilon_eta
Error relativo instantáneo de medición
1
$q_{mathrm{rampa}}$
q_ramp
Fase normalizada de la rampa
1
$Cu$
Cu
Número de Carreau
1
$dot{gamma}_{mathrm{crit}}$
gamma_dot_crit
Tasa aproximada de inicio del adelgazamiento
1/s
$dot{gamma}_{mathrm{base}}$
gamma_base
Tasa base de corte
1/s
$dot{gamma}$
gamma_dot
Tasa de corte instantánea
1/s
$|eta^*|$
eta_complex_abs
Módulo de la viscosidad compleja
Pa·s
$eta_{mathrm{med}}$
eta_meas
Viscosidad aparente con ruido de medición
Pa·s
$eta_{mathrm{app}}$
eta_app
Viscosidad aparente transitoria
Pa·s
$eta_{mathrm{eq}}$
eta_eq
Viscosidad de equilibrio de Carreau–Yasuda
Pa·s
$eta_{mathrm{PL}}$
eta_pl
Viscosidad de la ley de potencia
Pa·s
$k_4$
k4
Cuarta pendiente RK4 de la viscosidad
Pa
$ au_{mathrm{PL}}$
tau_pl
Esfuerzo calculado por ley de potencia
Pa
$ au_{xy}$
tau_xy
Esfuerzo cortante
Pa
$k_1$
k1
Primera pendiente RK4 de la viscosidad
Pa
$k_2$
k2
Segunda pendiente RK4 de la viscosidad
Pa
$k_3$
k3
Tercera pendiente RK4 de la viscosidad
Pa
$omega$
omega_freq
Frecuencia angular
rad/s
$t$
t
Tiempo
s

ID:(0, 1714)


gphysics.net - Dr. Willy H. Gerber
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile