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ワイゼンベルク効果(流体)

1947
  • Karl Weissenberg
Researcher demonstrating the Weissenberg Effect with viscoelastic fluid in a laboratory.

(画像はイメージです)

ワイゼンベルク効果は粘弾性流体において、流体が挿入された回転棒を上昇する現象である。これはニュートン流体の挙動とは逆で、ニュートン流体は回転棒によって外側に押し出される。 遠心力渦を形成する。この効果は通常 ストレス せん断応力下で流体中に生じる差異。

ワイゼンベルク効果は、特定の弾性体の弾性特性の直接的な結果である。 非ニュートン力学 流体。水のような単純な流体が回転する棒と静止した容器の間でせん断されると、流体要素は流れの方向(接線方向)に引き伸ばされます。純粋な粘性ニュートン流体では、これにより せん断応力 しかし、せん断面に垂直な方向(法線方向)には応力は発生しません。ところが、ポリマー溶液のような粘弾性流体では、長いポリマー鎖がこの伸張に抵抗し、伸びたゴムバンドのように、湾曲した流線に沿って弾性張力が生じます。

この張力によって、回転中心に向かって内側に作用する「周方向応力」が生じます。この内向きの力によって圧力勾配が発生し、流体は回転するロッドに沿って最も抵抗の少ない経路へと押し上げられます。この効果の大きさは、流体の弾性を定量化するレオロジーの重要なパラメータである第一法線応力差[latex]N_1 = tau_{ hetatheta} – tau_{rr}[/latex]に関係しています。ワイセンベルグ効果は、流体の弾性を視覚的に強力に示すものであり、ポリマー溶融物や溶液の研究における基本的な概念です。

UNESCO Nomenclature: 2210
機械工学

タイプ

物理現象

混乱

実質的な

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • 粘弾性理論の発展
  • 高分子溶液とその特異な流動挙動に関する研究
  • ヴァイセンベルクによる円錐板型レオメーターの発明により、法線応力の測定が可能になった。

アプリケーション

  • レオメーターを用いたポリマーの粘弾性特性の評価
  • パン生地やポリマー溶融物などの粘弾性材料用ミキサーの設計
  • ポリマー加工における流れの不安定性の理解
  • 非ニュートン流体用ポンプの設計を支援する

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • self-centering bearings using viscoelastic lubricants
  • pumpless fluid transport systems driven by rotating surfaces
  • novel mixing devices that use rod-climbing to enhance vertical blending
  • sensors for detecting polymer concentration based on the height of the climb
  • artistic installations featuring dynamic fluid sculptures
  • centrifugal separators that exploit normal stresses to separate particles
  • soft robotics actuators based on controlled normal stress effects
  • downhole tools for oil extraction that use the effect to manage fluid flow
関連用語:ワイゼンベルグ効果、棒登り現象、粘弾性、法線応力、レオロジー、ポリマー溶融物、非ニュートン流体、周方向応力。

歴史的背景

ワイゼンベルク効果(流体)

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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