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Rheology of foams: I. Theory for dry foams

材料科学 剪切速率 剪应力 流变学 剪切(物理) 产量(工程) 表面张力 体积分数 剪切流 屈服面 牛顿流体 复合材料 应变率 剪切(地质) 单剪 纯剪切 机械 热力学 本构方程 物理 有限元法
作者
Saad A. Khan,Robert C. Armstrong
出处
期刊:Journal of Non-newtonian Fluid Mechanics [Elsevier BV]
卷期号:22 (1): 1-22 被引量:106
标识
DOI:10.1016/0377-0257(86)80001-5
摘要

A two-dimensional model for foams having gas volume fraction approaching unity has been developed. A general expression for the stress tensor is obtained which gives the total stress in terms of the shape of the cells, interfacial tension, the initial cell orientation, and the rate of deformation in the liquid. A formalism for describing cell deformation is also presented. By assuming hexagonal, monodisperse foam cells, we are able to obtain analytic expressions for stresses for small shearing and elongational deformations (below the yield strain) as well as for steady shear flow. For strains below the yield point, the stress-strain relation is independent of initial cell orientation. However, the critical strain varies with orientation, and therefore, the yield stress, τ0, is a function of orientation. In steady shear flow, the shear stress has a contribution from the liquid which is proportional to the shear rate. Thus, τyx = τ0 − Cμγ., where C is a constant determined from viscous dissipation in the thin liquid films, μ is the liquid film viscosity, and γ. is the shear rate. The yield stress is directly proportional to the liquid surface tension and inversely proportional to cell size.
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