Article Dans Une Revue European Physical Journal E: Soft matter and biological physics Année : 2025

Mikrostrukturelle Reaktion konzentrierter Suspensionen auf Umkehrströmung

Microstructure response of concentrated suspensions to flow reversal

Respuesta de la microestructura de suspensiones concentradas al la inversion del flujo

Réponse de la microstructure de suspensions concentrée au renversement d'un l'écoulement

Risposta della microstruttura delle sospensioni concentrate al flusso inverso

Résumé

We study experimentally at the macroscopic and microstructure scale a dense suspension of non-Brownian neutrally-buoyant spherical particles experiencing periodic reversals of flow at constant rate between parallel plates and tracked individually. We first characterize the quasi-steady state reached at the end of half periods. The volume fraction of particles increases from the walls to the center as a result of migration induced by the nonuniform strain rate. Except very close to the walls and the center, the particle pair distribution is fore-aft asymmetric with depletions of pairs in the extensional quadrants, similar to that reported for shear flows of same volume fraction as the local one. The dynamics of the periodic rearrangements occurring after each flow reversal are characterized by a microstructure tensor component. The relaxation time characterizing the reorganization increases from the walls to the center due to the inhomogeneous strain rate. On the other hand, the local accumulated strain required for this reorganization decreases with the volume fraction, like for viscosity measurements in uniform strain rate conditions. However, the variation of the microstructure with the accumulated strain is faster than that of the viscosity, showing the complementarity of the two measurements.

Nous étudions expérimentalement à l'échelle macroscopique et microstructurale une suspension dense de particules sphériques non-browniennes à flottabilité neutre subissant des inversions périodiques d'écoulement à vitesse constante entre des plaques parallèles et suivies individuellement. Nous caractérisons d'abord l'état quasi-stationnaire atteint à la fin des demi-périodes. La fraction volumique des particules augmente des parois vers le centre en raison de la migration induite par la vitesse de déformation non uniforme. Sauf très près des parois et du centre, la distribution des paires de particules est asymétrique avant-arrière avec des déplétions de paires dans les quadrants extensionnels, similaire à celle rapportée pour des écoulements de cisaillement de même fraction volumique que l'écoulement local. La dynamique des réarrangements périodiques se produisant après chaque inversion d'écoulement est caractérisée par une composante tensorielle de microstructure. Le temps de relaxation caractérisant la réorganisation augmente des parois vers le centre en raison de la vitesse de déformation inhomogène. En revanche, la déformation accumulée locale nécessaire à cette réorganisation diminue avec la fraction volumique, comme pour les mesures de viscosité dans des conditions de vitesse de déformation uniforme. Cependant, la variation de la microstructure avec la déformation accumulée est plus rapide que celle de la viscosité, montrant la complémentarité des deux mesures.

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hal-04915455 , version 1 (27-01-2025)

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A. García, Y L Roht, I. Ippolito, D. Salin, G. Drazer, et al.. Microstructure response of concentrated suspensions to flow reversal. European Physical Journal E: Soft matter and biological physics, 2025, 48 (1), pp.7. ⟨10.1140/epje/s10189-025-00472-9⟩. ⟨hal-04915455⟩
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