Nieuw onderzoek van de North Carolina State University, MIT en de Universiteit van Michigan ontdekken dat de oppervlaktetextuur van microdeeltjes in een vloeibare suspensie interne wrijving kan veroorzaken die de viscositeit van de suspensie aanzienlijk verandert, waardoor de vloeistof effectief dikker of dunner wordt. De bevinding kan helpen bij het aanpakken van problemen voor bedrijven op gebieden van biofarmaceutica tot chemische productie.

"We hoorden over problemen die bedrijven hadden met pompopschortingen en werden nieuwsgierig naar wat deze problemen veroorzaakte. " zegt Lilian Hsiao, een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering bij NC State en hoofdauteur van een paper over het werk. "Gezien de alomtegenwoordigheid van dit soort vloeistoffen in de industrie, we waren verrast dat niemand eerder systematisch naar de rol van oppervlakteruwheid had gekeken. Dat blijkt een heel belangrijke factor te zijn in hoe deze met deeltjes beladen vloeistoffen stromen."

Met behulp van een combinatie van simulaties en laboratoriumexperimenten, de onderzoekers ontdekten dat wrijving de suspensies vertraagde. specifiek, de wrijving wordt aanzienlijk wanneer voldoende deeltjes die in de vloeistof zijn gesuspendeerd, tegen elkaar botsen. En hoe ruwer het oppervlak van de deeltjes, hoe meer wrijving ze genereren wanneer ze in contact komen.

"Het kost energie om een ​​vloeibare suspensie door een pijp of buis te pompen, en de wrijving gecreëerd door interactie tussen deeltjes verdrijft veel van die energie, " zegt Hsiao. "Deze dissipatie vertraagt ​​de beweging van de ophanging of, als de deeltjes erg ruw zijn, kan het zelfs helemaal stoppen." Een video die het verschil laat zien tussen suspensies met ruwe deeltjes en suspensies met gladde deeltjes is te vinden op www.youtube.com/watch?v=oXRl2IdwdhY.

Dit inzicht geeft industrieën een aantal opties:ze kunnen wrijving verminderen door de deeltjes zo te ontwerpen dat ze gladdere oppervlakken hebben, of ze kunnen de hoeveelheid energie verhogen die wordt besteed aan het verplaatsen van de ophanging door de buis.

Echter, de onderzoekers ontdekten ook dat het toevoegen van energie aan een suspensie die ruwe deeltjes bevat, er ook voor kan zorgen dat de suspensie uitzet. Dit komt omdat ruwe deeltjes gewoon meer ruimte innemen dan gladde wanneer ze in suspensie tuimelen. Het eindresultaat is dat meer schuifspanning in het systeem kan leiden tot catastrofale verstoppingen als de ophanging te veel uitzet.

"Dit is een fundamentele vooruitgang in ons begrip van de fysica van suspensies in stroming, en moet ingenieurs en wetenschappers helpen bij het aanpakken van de fabricage-uitdagingen die onze aandacht in de eerste plaats trokken, ' zegt Hsiao.

"We kijken nu naar manieren om de principes die we hier hebben ontdekt te gebruiken om de wrijving in ons voordeel te laten werken."

De krant, "Rheologische toestandsdiagrammen voor ruwe colloïden in schuifstroom, " is gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .