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L'effet Weissenberg (fluides)

1947
  • Karl Weissenberg
Chercheur démontrant l'effet Weissenberg avec un fluide viscoélastique dans un laboratoire.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

L'effet Weissenberg est un phénomène observé dans les fluides viscoélastiques, où le fluide remonte le long d'une tige rotative qui y est insérée. Ce comportement est contraire à celui des fluides newtoniens, qui sont repoussés vers l'extérieur par la tige. force centrifuge, formant un vortex. Cet effet est dû à la normale stresser différences qui se développent dans le fluide sous cisaillement.

L'effet Weissenberg est une conséquence directe de la nature élastique de certains non newtonien Fluides. Lorsqu'un fluide simple comme l'eau est cisaillé entre une tige en rotation et un récipient immobile, les éléments de fluide s'étirent dans le sens de l'écoulement (la direction tangentielle). Dans un fluide newtonien purement visqueux, cela entraîne… contrainte de cisaillement mais aucune contrainte perpendiculaire (normale) au plan de cisaillement. Cependant, dans un fluide viscoélastique, tel qu'une solution polymère, les longues chaînes polymères résistent à cet étirement, créant une tension élastique le long des lignes de courant courbes, à l'instar d'élastiques tendus.

Cette tension crée une contrainte circonférentielle qui s'exerce vers l'intérieur, en direction du centre de rotation. Cette force, dirigée vers l'intérieur, génère un gradient de pression, poussant le fluide le long de la tige en rotation, qui correspond au chemin de moindre résistance. L'amplitude de cet effet est liée à la première différence de contrainte normale, [latex]N_1 = tau_{ hetatheta} – tau_{rr}[/latex], un paramètre clé en rhéologie qui quantifie l'élasticité du fluide. L'effet Weissenberg constitue une démonstration visuelle éloquente de l'élasticité des fluides et représente un concept fondamental dans l'étude des polymères fondus et en solution.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique

Taper

Phénomène physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Créneau/spécialité

Précurseurs

  • Développement de la théorie de la viscoélasticité
  • Études sur les solutions de polymères et leurs comportements d'écoulement inhabituels
  • Invention du rhéomètre à cône et plan par Weissenberg, qui permettait la mesure des contraintes normales

Applications

  • caractérisation des propriétés viscoélastiques des polymères dans les rhéomètres
  • conception de mélangeurs pour matériaux viscoélastiques tels que la pâte à pain ou les polymères fondus
  • comprendre les instabilités d'écoulement dans le traitement des polymères
  • aider à la conception de pompes pour fluides non newtoniens

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • roulements autocentrants utilisant des lubrifiants viscoélastiques
  • systèmes de transport de fluides sans pompe entraînés par des surfaces rotatives
  • nouveaux dispositifs de mélange qui utilisent l'escalade de tiges pour améliorer le mélange vertical
  • capteurs pour détecter la concentration de polymère en fonction de la hauteur de montée
  • installations artistiques mettant en vedette des sculptures fluides dynamiques
  • séparateurs centrifuges qui exploitent les contraintes normales pour séparer les particules
  • actionneurs robotiques souples basés sur des effets de contraintes normales contrôlées
  • outils de fond de trou pour l'extraction de pétrole qui utilisent l'effet pour gérer l'écoulement des fluides
Lié à : effet Weissenberg, escalade de tige, viscoélasticité, contrainte normale, rhéologie, polymères fondus, non newtonien, contrainte circonférentielle.

Contexte historique

L'effet Weissenberg (fluides)

1933
1937
1940
1947
1950
1950
1950
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1950
1950
1950

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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