Shear viscosity scaling of granular suspensions across dilute to dense regimes

缩放比例 布朗运动 粘度 剪切(物理) 格子Boltzmann方法 粒状材料 反向 剪切速率 剪切(地质) 体积分数 材料科学 热力学 物理 机械 数学 几何学 复合材料 量子力学
作者
Zaohui Zhang,Man Teng,Herbert E. Huppert,S. A. Galindo‐Torres
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2307.08275
摘要

In this letter, following an extensive experimental validation, we perform constant-volume shearing simulations of non-Brownian granular suspensions using the discrete element method coupled with the lattice Boltzmann method. We choose a wide range of solid fractions, shear rates, fluid viscosities, particle sizes, and inter-particle frictional coefficients to obtain a scaling solution for the viscous behavior of suspensions in both dilute and dense regimes. This letter demonstrates that, with a proposed dilute-dense transitional solid fraction, $\phi_d$, there exists a strong correlation between the inverse relative viscosity and the shear stress. This work incorporates both the $\phi$-dependence and the $\dot{\gamma}$-dependence of suspension viscosity in a universal framework, which provides a scaling solution for granular suspensions across dilute and dense regimes and sheds light on the dilute-dense transition mechanisms.

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