Expériences sur une dispersion de grandes sphères solides sans gravité dans un fluide newtonien sous cisaillement

Résumé Les dispersions de grains sphériques solides de diamètre D = 0,13 cm ont été soumises à un cisaillement dans des fluides newtoniens de viscosité variable (eau et un mélange d'eau, de glycérine et d'alcool) dans l'espace annulaire entre deux tambours concentriques. La densité σ des grains était équilibrée par rapport à la densité ρ du fluide, ce qui a donné une condition sans forces différentielle dues à l'accélération radiale. La concentration volumique C des grains variait entre 62 et 13 %. Une pression dispersive radiale substantielle a été trouvée entre les grains. Cela a été mesuré comme une augmentation de la pression statique dans le tambour intérieur stationnaire qui avait une périphérie déformable. Le couple sur le tambour intérieur a également été mesuré. La pression dispersive P s'est révélée proportionnelle à une contrainte de cisaillement λ attribuable à la présence des grains. La concentration linéaire des grains λ est définie comme le ratio diamètre des grains/distance moyenne de dispersion libre et est liée à C par λ=1(C0/C)12−1 où C0 est la concentration volumique statique maximale possible. Les contrainte T et P, sous forme de groupes sans dimension TσD2/λη2 et PσD2/λη 2, ont montré des relations empiriques à valeurs uniques avec un groupe de déformation de cisaillement sans dimension λ½σD2(dU/dy)lη pour toutes les valeurs de λ 12(C= 57 % environ) où dU/dy est le taux de cisaillement des grains les uns sur les autres, et η la viscosité du fluide. Cette relation donne Tασ(λD)2(dU/dy)2 et T∝λ12ηdU/dy selon que dU/dy est grand ou petit, c'est-à-dire en fonction de si l'inertie des grains ou la viscosité du fluide domine. Une relation semi-empirique alternative F = (1+λ)(1+½λ)ηdU/dy a été trouvée pour le cas visqueux, lorsque T est la contrainte de cisaillement totale. Le ratio T/P est constant à environ 0,3 dans la région d'inertie, et à environ 0,75 dans la région visqueuse. Les résultats sont appliqués à quelques phénomènes naturels jusqu'alors inexpliqués.