Trois images consécutives de la caméra à grande vitesse pendant que l'air est forcé dans la suspension d'amidon de maïs. L'épaississement brusque par cisaillement le fait se fracturer comme un solide. La suspension "fond" en un liquide une fois le front de fracture passé. Crédit :IMPACT, Université de Swansea
Des chercheurs de l'Université de Swansea du College of Engineering ont capturé les moments où un fluide réagit comme un solide grâce à une nouvelle méthode d'observation des fluides dans des conditions de pression.
La recherche vient du Complex Flow Lab, basé au sein de l'Institut des Matériaux Innovants, Traitements et technologies numériques (IMPACT). Le laboratoire étudie les schémas d'écoulement complexes qui se développent souvent dans les matériaux granulaires, milieu poreux, et les fluides complexes tels que les mousses, gels et pâtes.
Cette dernière étude examine les fluides qui ont une réponse de type solide au stress, un phénomène appelé Épaississement de cisaillement discontinu (DST). C'est lorsque le liquide (dans ce cas, un mélange d'amidon de maïs) s'épaissit brusquement et devient solide lorsqu'il est dérangé.
Les tests impliquaient une nouvelle méthode d'observation impliquant une caméra à haute vitesse avec des résultats offrant une approche innovante des futures pratiques d'ingénierie.
L'auteur de la recherche, le Dr Deren Ozturk, qui a récemment terminé son doctorat. dans cette zone, commentaires:
« Nos résultats sont particulièrement intéressants pour le domaine de recherche en plein essor de l'heure DST car il s'agit d'une nouvelle indication visuelle du comportement de l'heure DST qui pourrait être utilisée pour calibrer les futurs modèles théoriques. Le phénomène DST est étudié pour des applications d'ingénierie uniques telles que les armures souples, ralentisseurs "intelligents", et la production alimentaire.
Trois schémas d'écoulement :à gauche :« doigts visqueux » arrondis de type liquide à faible concentration et à faible taux d'injection. Au milieu :des fractures en forme d'arbre lorsque la suspension s'épaissit de manière réversible en un solide. À droite :de grandes fractures lorsque la suspension est si dense que il se bloque complètement lorsque l'air est injecté. Crédit :IMPACT, Université de Swansea
L'équipe de recherche a utilisé de la fécule de maïs ordinaire mélangée à de l'eau. Celui-ci est ensuite placé dans une cellule étroite; de l'air sous pression est libéré dans le fluide amidon de maïs-eau et force son passage.
La façon dont l'air s'échappe est filmée à l'aide d'une caméra à grande vitesse pour visualiser les schémas d'invasion, qui se présentent soit sous la forme de doigts fluides, soit de fractures solides en fonction de la concentration d'amidon de maïs et de la pression dans l'air."
Le Dr Ozturk poursuit :
"Nous avons utilisé de l'amidon de maïs (comme système modèle pour la classe plus large des matériaux épaississants par cisaillement) car c'est pratique, largement disponible et montre une réponse d'épaississement de cisaillement dramatique. Comme ce genre d'expérience d'invasion (avec laquelle nous avons beaucoup d'expérience) n'avait pas été réalisée auparavant sur un fluide DST, notre objectif principal était de les essayer dans l'espoir de voir quelque chose d'intéressant.
Notre hypothèse principale était que le fluide se "fracturerait" comme un solide s'il était soumis à une contrainte suffisante. Ce serait une bonne chose à voir car un fluide devrait présenter des motifs de doigts larges. Nous étions, donc, ravi de voir une réponse de fracturation étroite, car cela signifiait que nous avions développé un nouveau type d'expérience pour sonder les conditions dans lesquelles l'heure DST est observée. »
