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2019年4月19日

馬克斯威爾本質方程式的理論預測

這裡介紹馬克斯威爾本質方程式在兩種流場下的預測,分別為 (1) 穩態剪切流場 (steady shear flow) 和 (2) 單一步剪切應變流場 (single-step shear strain flow),其各別的施加流場 (imposed kinematics) 分別如 Fig. 1 和 Fig. 2 所示。
Figure 1 穩態剪切流場
Figure 2 單一步剪切應變流場

(1) 穩態剪切流場
馬克斯威爾所預測的黏度、第一及第二正向力差值係數如下。其中,穩態的黏度值為 η0,其剛好等於模型的參數之一,即流體的黏度,符合預期;然而,此模型並無法預測剪切致稀的實驗現象,故適用於線性黏彈性區間 (linear viscoelasticity)。另外,模型也無法預測實驗上測得的正向力差值。

(2) 單一步剪切應變流場
馬克斯威爾所預測的剪切鬆弛模數、第一及第二正向力步剪切鬆弛模數如下。其中,剪切鬆弛模數是隨時間呈指數型式衰減 (Fig. 3),因此馬克斯威爾模型可以補捉到實驗數據的趨勢,這是 GNF 模型 (generalized Newtonian fluid) 所不及的,因為 GNF 並沒有考慮記憶效應。另一方面,預測的剪切鬆馳模數非應變值的函數,故此模型僅適用於線性黏彈性區間。另外,模型也同樣無法預測實驗上測得的正向力差值。

Figure 3

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