Name: experimental measurement of settling velocity of spherical particles in unconfined and confined surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids
Uploaded: 2014-01-03T19:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids at JoVE.co

Författarna är tacksamma mot DOE och RPSEA för det ekonomiska stödet och till de företag som sponsrar JIP om hydraulisk spräckning och sandkontroll vid University of Texas i Austin (Air Liquide, Air Products, Anadarko, Apache, Baker Hughes, BHP Billiton, BP America, Chevron, ConocoPhillips, ExxonMobil, Ferus, Halliburton, Hess, Linde Group, Pemex, Pioneer Natural Resources , Praxair, Saudi Aramco, Schlumberger, Shell, Southwestern Energy, Statoil, Weatherford och YPF).

1. Beredning av vätskorna
Ett polymerfritt, viskoelastiskt, tvåkomponents, tensidbaserat vätskesystem används för denna experimentella studie. Detta vätskesystem har använts i olje- och gasbrunnar i många producerande områden för hydrauliska spräckningsbehandlingar44,45. Detta vätskesystem används för denna studie eftersom det är optiskt transparent och reologin kan kontrolleras genom att systematiskt variera koncentrationerna och proportionerna av de två komponenterna...

<ol>
	<li>Renaud, M., Mauret, E., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power-law+fluid+flow+over+a+sphere:+average+shear+rate+and+drag.">Power-law fluid flow over a sphere: average shear rate and drag.</a> 82, 1066-1070 (2004).</li><li>Clift, R., Grace, J. R., Weber, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bubbles, Drops and Particles. , (1978).</li><li>Khan, A. R., Richardson, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+resistance+to+motion+of+a+solid+sphere+in+a+fluid.">The resistance to motion of a solid sphere in a fluid.</a> Chem. Eng. Sci. 62, 135-150 (1987).</li><li>Zapryanov, Z., Tabakova, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamics of Bubbles, Drops and Rigid Particles. , (1999).</li><li>Michaelides, E. E., DeKee, D., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+2.+Analytical+expressions+for+the+motion+of+particles.">Chapter 2. Analytical expressions for the motion of particles.</a> Transport Processes in Bubbles Drops and Particles. , (2002).</li><li>Michaelides, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+force+and+heat/mass+transfer+from+particles,+bubbles+and+drops+-+the+Freeman+Scholar+Lecture.">Hydrodynamic force and heat/mass transfer from particles, bubbles and drops - the Freeman Scholar Lecture.</a> Journal of Fluids Engineering (AMSE. 125, 209-238 (2003).</li><li>Der Faxen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Widerstand+gegen+die+Bewegung+einer+starren+Kugel+in+einer+z&#228;hen+Fl&#252;ssigkeit,+die+zwischen+zwei+parallelen+ebenen+W&#228;nden+eingeschlossen+ist).">Widerstand gegen die Bewegung einer starren Kugel in einer z&#228;hen Fl&#252;ssigkeit, die zwischen zwei parallelen ebenen W&#228;nden eingeschlossen ist).</a> Annalen der Physics. 68, 89-119 (1922).</li><li>Bohlin, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+drag+on+a+sphere+moving+in+a+viscous+fluid+inside+a+cylindrical+tube.">On the drag on a sphere moving in a viscous fluid inside a cylindrical tube.</a> Trans Royal Insitute of Technology Stockholm. 155, (1960).</li><li>Miyamura, A., Iwasaki, S., Ishii, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+wall+correction+factors+of+single+solid+spheres+in+triangular+and+square+cylinders,+and+parallel+plates.">Experimental wall correction factors of single solid spheres in triangular and square cylinders, and parallel plates.</a> International Journal of Multiphase Flow. 7, 41-46 (1981).</li><li>Tullock, D. L., Phan-Thien, N., Graham, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boundary+element+simulations+of+spheres+settling+in+circular,+square+and+triangular+ducts.">Boundary element simulations of spheres settling in circular, square and triangular ducts.</a> Rheol. Acta. 31, 139-150 (1992).</li><li>Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+effects+on+terminal+velocity+of+non-spherical+particles+in+non-Newtonian+polymer+solutions.">Wall effects on terminal velocity of non-spherical particles in non-Newtonian polymer solutions.</a> Powder Technology. 88, 39-44 (1996).</li><li>Chhabra, R. P., Dekes, D., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+2.+Wall+effects+on+spheres+falling+axially+in+cylindrical+tubes.">Chapter 2. Wall effects on spheres falling axially in cylindrical tubes.</a> Transport Processes in Bubbles Drops and Particles. , (2002).</li><li>Chhabra, R. P., Francis, S. e. c. o. n. d. e. d. .. ,. T. a. y. l. o. r. &. a. m. p. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bubbles, Drops, and Particles in Non-Newtonian Fluids. , (2007).</li><li>Dazhi, G., Tanner, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+drag+on+a+sphere+in+a+power+law+fluid.">The drag on a sphere in a power law fluid.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 17, 1-12 (1984).</li><li>Tripathi, A., Chhabra, R. P., Sundararajan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power-law+fluid+over+spheroidal+particles.">Power-law fluid over spheroidal particles.</a> Industrial &amp; Engineering Chemistry Research. 33, 403-410 (1994).</li><li>Graham, D. I., Jones, T. E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Settling+and+transport+of+spherical+particles+in+power-law+fluids+at+finite+Reynolds+number.">Settling and transport of spherical particles in power-law fluids at finite Reynolds number.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 54, 465-488 (1994).</li><li>Tripathi, A., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drag+on+spheroidal+particles+in+dilatant+fluids.">Drag on spheroidal particles in dilatant fluids.</a> AIChE. 41 (3), 728-731 (1995).</li><li>Missirlis, K. A., Assimacopoulos, D., Mitsoulis, E., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+effects+for+motion+of+spheres+in+power-law+fluids.">Wall effects for motion of spheres in power-law fluids.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 96 (3), 459-471 (2001).</li><li>Dallon, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A drag coefficient correlation for spheres settling in Ellis fluids [Ph.D. Dissertation]. , (1967).</li><li>Uhlherr, P. H. T., Le, T. N., Tiu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+inelastic+power-law+fluids+using+falling+sphere+data.">Characterization of inelastic power-law fluids using falling sphere data.</a> Canadian Journal of Chemical Engineering. 54, 497-502 (1976).</li><li>Machac, I., Lecjaks, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+Effect+for+a+Sphere+Falling+Through+a+Non-Newtonian+Fluid+in+a+Rectangular+Duct.">Wall Effect for a Sphere Falling Through a Non-Newtonian Fluid in a Rectangular Duct.</a> Chemical Engineering Science. 50 (1), 143-148 (1995).</li><li>Kelessidis, V. C., Mpandelis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+and+prediction+of+terminal+velocity+of+solid+particles+falling+through+stagnant+pseudoplastic+liquids.">Measurements and prediction of terminal velocity of solid particles falling through stagnant pseudoplastic liquids.</a> Powder Technology. 147, 117-125 (2004).</li><li>Shah, S. N., Fadili, Y. E., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+model+for+single+spherical+particle+settling+velocity+in+power+law+(visco-inelastic)+fluids.">New model for single spherical particle settling velocity in power law (visco-inelastic) fluids.</a> International Journal of Multiphase Flow. 33, 51-66 (2007).</li><li>Rodrigue, D., DeKee, D., Chan Man Fong, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+slow+motion+of+a+spherical+particle+in+a+Carreau+fluid.">The slow motion of a spherical particle in a Carreau fluid.</a> Chemical Engineering Communications. 154, 203-215 (1996).</li><li>Darby, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Chemical Engineering Fluid Mechanics. , (2001).</li><li>Shah, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proppant+settling+correlations+for+non-Newtonian+fluids.">Proppant settling correlations for non-Newtonian fluids.</a> Society of Petroleum Engineers Journal. 22 (2), 164-170 (1982).</li><li>Shah, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proppant-settling+correlations+for+non-Newtonian+Fluids.">Proppant-settling correlations for non-Newtonian Fluids.</a> Society of Petroleum Engineers Production Engineering Journal. 1 (6), 446-448 (1986).</li><li>Ford, J. T., Oyeneyin, M. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+formulation+of+milling+fluids+for+efficient+hole+cleaning:+an+experimental+investigation.">The formulation of milling fluids for efficient hole cleaning: an experimental investigation.</a> Paper SPE 38819. , (1994).</li><li>Acharya, A., Mashelkar, R. A., Ulbrecht, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+of+inelastic+and+viscoelastic+fluids+past+a+sphere,+Part+II:+Anomalous+separation+in+the+viscoelastic+fluid+flow.">Flow of inelastic and viscoelastic fluids past a sphere, Part II: Anomalous separation in the viscoelastic fluid flow.</a> Rheological Acta. 15, 471-478 (1976).</li><li>Acharya, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelasticity+of+crosslinked+fracturing+fluids+and+proppant+transport.">Viscoelasticity of crosslinked fracturing fluids and proppant transport.</a> SPE Production Engineering. 3, 483-488 (1988).</li><li>Chhabra, R. P., Uhlherr, P. H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creeping+motion+of+spheres+through+shear-thinning+elastic+fluids+described+by+the+Carreau+viscosity+equation.">Creeping motion of spheres through shear-thinning elastic fluids described by the Carreau viscosity equation.</a> Rheological Acta. 19 (2), 187-195 (1980).</li><li>Bush, M. B., Phan-Thien, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drag+force+on+a+sphere+in+creeping+motion+through+a+Carreau+model+fluid.">Drag force on a sphere in creeping motion through a Carreau model fluid.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 16 (3), 303-313 (1984).</li><li>Broadbent, J. M., Mena, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slow+flow+of+an+elastico-viscous+fluid+past+cylinders+and+spheres.">Slow flow of an elastico-viscous fluid past cylinders and spheres.</a> Chemical Engineering Journal. 8, 11-19 (1974).</li><li>Sigli, D., Coutanceau, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+finite+boundaries+on+the+slow+laminar+isothermal+flow+of+a+viscoelastic+fluid+around+a+spherical+obstacle.">Effect of finite boundaries on the slow laminar isothermal flow of a viscoelastic fluid around a spherical obstacle.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2, 1-21 (1977).</li><li>Brule, B. H. A. A. V. D., Gheissary, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+fluid+elasticity+on+the+static+and+dynamic+settling+of+a+spherical+particle.">Effects of fluid elasticity on the static and dynamic settling of a spherical particle.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 49, 123-132 (1993).</li><li>Walters, K., Tanner, R. I., Chhabra, R. P. . D. e. K. e. e. ,. D. .. ,., DeKee, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+3.+The+Motion+of+a+Sphere+through+an+Elastic+Fluid..">Chapter 3. The Motion of a Sphere through an Elastic Fluid..</a> Transport Processes in Bubbles, Drops and Particles. , (1992).</li><li>McKinley, G. H., DeKee, D., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+14.+Steady+and+transient+motion+of+spherical+particles+in+viscoelastic+liquids.">Chapter 14. Steady and transient motion of spherical particles in viscoelastic liquids.</a> Transport Processes in Bubbles, Drops and Particles. , (2002).</li><li>Chhabra, R. P., Tiu, C., Uhlherr, P. H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+wall+effects+on+the+motion+of+a+sphere+in+viscoelastic+fluids.">A study of wall effects on the motion of a sphere in viscoelastic fluids.</a> Canadian Journal of Chemical Engineering. 59, 771-775 (1981).</li><li>Jones, W. M., Price, A. H., Walters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+motion+of+a+sphere+falling+under+gravity+in+a+constant+viscosity+elastic+liquid.">The motion of a sphere falling under gravity in a constant viscosity elastic liquid.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 53, 175-196 (1994).</li><li>Navez, V., Walters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+note+on+settling+in+shear-thinning+polymer+solutions.">A note on settling in shear-thinning polymer solutions.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 67, 325-334 (1996).</li><li>Huang, P. Y., Wall Feng, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=effects+on+the+flow+of+viscoelastic+fluids+around+a+circular+cylinder.">effects on the flow of viscoelastic fluids around a circular cylinder.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 60, 179-198 (1995).</li><li>Sugeng, F., Tanner, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+drag+on+spheres+in+viscoelastic+fluids+with+significant+wall+effects.">The drag on spheres in viscoelastic fluids with significant wall effects.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 20, 281-292 (1986).</li><li>Malhotra, S., Sharma, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Settling+of+Spherical+Particles+in+Unbounded+and+Confined+Surfactant-Based+Shear+Thinning+Viscoelastic+Fluids:+An+Experimental+Study.">Settling of Spherical Particles in Unbounded and Confined Surfactant-Based Shear Thinning Viscoelastic Fluids: An Experimental Study.</a> Chemical Engineering Science. 84, 646-655 (2012).</li><li>Zhang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluids+for+Fracturing+Subterranean+Formations.U.S.">Fluids for Fracturing Subterranean Formations.U.S.</a> US patent. , (2002).</li><li>Gupta, D. V. S., Leshchyshyn, T. T., Hlidek, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surfactant+gel+foam/emulsions:+History+and+field+application+in+the+western+Canadian+sedimentary+basin.">Surfactant gel foam/emulsions: History and field application in the western Canadian sedimentary basin.</a> , (2005).</li><li>Ferry, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Viscoelastic Properties of Polymers. , (1970).</li><li>Yesilata, B., Clasen, C., McKinley, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+shear+and+extensional+Flow+dynamics+of+wormlike+surfactant+solutions.">Nonlinear shear and extensional Flow dynamics of wormlike surfactant solutions.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 133, 73-90 (2006).</li></ol>

Den experimentella studien fokuserar på mätning av sedimenteringshastigheter för sfäriska partiklar i savförtunnande viskoelastiska vätskor under odefinierade och begränsade förhållanden. Detaljerade experimentella förfarande för att erhålla repeterbara mätningar av sedimenteringshastigheter presenteras. Resultaten presenteras för att visa att vätskeelasticitet kan öka eller minska sedimenteringshastigheten. Väggar utövar en retardationseffekt på sedimentering och denna effekt mäts i termer av väggfa...

Suspensioner av partiklar i vätskor påträffas i tillämpningar som läkemedelstillverkning, avloppsrening, återinjektion av rymddrivmedel, halvledarbearbetning och tillverkning av flytande tvättmedel. Inom oljeindustrin används viskoelastiska spräckningsvätskor för att transportera proppanter (vanligtvis sand) i hydrauliska frakturer. När pumpningen upphör håller proppanterna frakturen öppen och ger en ledande väg för kolväten att flöda tillbaka.
Sedimentering av partiklar styrs av reologi och densitet av vätska, storlek, form och densitet av partiklar och effekten av att begränsa väggar. För en sfärisk partikel som sätter sig i en newtonsk vätska i den krypande flödesregimen, ges bosättningshastigheten av Stokes ekvation, härledd av Stokes 1851. Uttryck för att beräkna dragkraften vid högre Reynolds-tal har presenterats av efterföljande forskare2-6. Begränsande väggar minskar sedimenteringshastigheten genom att utöva en retardationseffekt på partiklar. Väggfaktor, Fw, definieras som förhållandet mellan terminal sedimenteringshastighet i närvaro av att begränsa väggar till sedimenteringshastigheten under obundna förhållanden. Väggfaktorn kvantifierar retardationseffekten av de begränsande väggarna. Många teoretiska och experimentella studier för att bestämma väggfaktorer för sfärer som bosätter sig i newtonska vätskor i olika tvärsnittsrör över ett brett spektrum av Reynolds-nummer finns ilitteraturen 7-13. Totalt finns det en omfattande mängd information tillgänglig för att bestämma drag på sfärer i newtonska vätskor.
Det tidigare arbetet med att bestämma hastigheten på partiklar i icke-nyatoniska vätskor, särskilt viskoelastiska vätskor, är mindre komplett. Olika numeriska förutsägelser14-18 och experimentella studier19-24 finns tillgängliga i litteraturen för att bestämma dragkraften på en sfär i oelastiska makt-lag vätskor. Med hjälp av tripathi et al:s teoretiska förutsägelser. 15 och Tripathi och Chhabra17,Renaud et al. 1 utvecklade följande uttryck för att beräkna dragkoefficienten (CD) i oelastiska kraftlagsvätskor.
För RePL<0.1 (krypande flödesregim)
<img alt="Equation 1" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq1.jpg"> där X(n) är dragkorrigeringsfaktorn13. RePLär Reynolds-numret för en sfär som faller i en maktlagsvätska definierad som:
<img alt="Equation 2" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq2.jpg"> där ρf är vätskan. Dragkorrigeringsfaktorn var försedd med följande ekvation1:
<img alt="Equation 3" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq3.jpg"> Med hjälp av definitionen av dragkoefficient beräknas sedimenteringshastigheten som:
<img alt="Equation 4" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq4.jpg"> För 0,1<RePL<100
<img alt="Equation 5" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq5.jpg"> där X är förhållandet mellan ytan och partikelns projicerade yta och är lika med 4 för sfärer. CD0 är dragkoefficienten i Stokes-regionen (RePL < 0.1) som ges av Equation 1,C D∞ är värdet av dragkoefficienten i Newtons region (RePL > 5 x 102) och är lika med 0,44. Parametrarna β, b, k uttrycks som
<img alt="Equations 6-8" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq6-8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq6-8.jpg"> αo = 3 och α är korrigeringen för den genomsnittliga savhastigheten relaterad till X(n) som:
<img alt="Equation 9" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq9.jpg"> För att beräkna sedimenteringshastigheten används den dimensionslösa gruppen Nd 25: 
<img alt="Equation 10" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq10.jpg"> Nd är oberoende av sedimenteringshastigheten och kan beräknas explicit. Med det här värdet och dragkoefficientuttrycket i ekvation 5kan RePL lösas iterativt. Sedimenteringshastigheten kan sedan beräknas med hjälp av:
<img alt="Equation 11" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq11highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq11.jpg"> Uttrycken i ekvationerna 1-9 baserades på teoretiska förutsägelser som erhållits för värdena 1 ≥ n ≥ 0,4. Chhabra13 jämförde förutsägelserna från ovanstående uttryck med experimentella resultat av Shah26-27 (n varierade från 0.281-0.762) och Ford et al. 28 (n varierade från 0,06-0,29). Uttrycken visades för att förutsäga dragkoefficienterna korrekt. Baserat på dessa analyser kan ovanstående formulering användas för att beräkna sedimenteringshastigheten för sfäriska partiklar i oelastiska kraftlagsvätskor i 1 ≥ n ≥ 0,06. Denna förväntade sedimenteringshastighet i oelastiska kraftlagsvätskor jämförs med den experimentella hastigheten i de kraftlags viskoelastiska vätskorna för att bestämma påverkan av vätskeelasticitet på sedimenteringshastigheten. De detaljerade stegen nämns i nästa avsnitt.
Bestämningen av sedimenteringshastigheten för partiklar i viskoelastiska vätskor har också varit ett forskningsämne med varierande observationer av olika forskare; i) I det krypande flödesregimen överskuggar skärförtunningseffekterna helt viskoelastiska effekter och sedimenteringshastigheterna är i utmärkt överenskommelse med rent trögflytande teorier29-32, ii) partiklar upplever en dragreduktion i och utanför krypflödesregimen och sedimenteringshastigheten ökar på grund av elasticitet30,33,34, iii) sedimenteringshastigheten minskar på grund av vätskeelasticitet35. Walters och Tanner36 sammanfattade att för Boger-vätskor (konstant viskositet elastiska vätskor) elasticitet orsakar en dragreduktion vid låga Weissenberg-tal följt av dragförbättring vid högre Weissenberg-tal. McKinley37 betonade att förlängningseffekterna i kölvattnet av sfären orsakar dragökningen vid högre Weissenberg-tal. Efter en omfattande genomgång av tidigare arbete med sedimentering av partiklar i obundna och begränsade viskoelastiska vätskor belyste Chhabra13 utmaningen att införliva en realistisk beskrivning av shearhastighetsberoende viskositet tillsammans med flytande elasticitet i teoretisk utveckling. Studien av väggeffekter på sedimentering av sfäriska partiklar har också varit ett forskningsområde under de senaste åren38-42. Allt arbete har dock utförts vid sedimentering av sfäriska partiklar i cylindriska rör. Inga data finns tillgängliga för sfäriska partiklar som sedimenterar i viskoelastiska vätskor mellan parallella väggar.
Detta arbete försöker experimentellt studera bosättning av sfärer i savförtunning viskoelastiska vätskor. Målet med denna experimentella studie är att förstå effekten av vätskeelasticitet, saxförtunning och begränsa väggar på sedimenteringshastigheten hos sfäriska partiklar i saxförtunnande viskoelastiska vätskor. Detta dokument fokuserar på de experimentella metoder som används för denna studie tillsammans med några representativa resultat. De detaljerade resultaten tillsammans med analyserna finns i en tidigare publikation43.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of the reagent / equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue number</td>
			<td>Comments </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Microspheres</td>
			<td>Whitehouse Scientific</td>
			<td>#GP1750</td>
			<td>Available in different sieve fractions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rheometer</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>ARES</td>
			<td>Any standard rheometer capable of taking dynamic and static measurements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anionic Surfactant (Component A)</td>
			<td></td>
			<td>Proprietary fluid</td>
			<td>Used in oil field services for hydraulic fracturing. Sodium Xylene Sulfonate can be used as a substitute.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cationic Surfactant (Component B)</td>
			<td></td>
			<td>Proprietary fluid</td>
			<td>Used in oil field services for hydraulic fractuing. N,N,N-Trimethyl-1-Octadecamonium Chloride can be used as a substitute.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental measurement of settling velocity of spherical particles in unconfined and confined surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids

En experimentell studie utförs för att mäta de slutliga sedimenteringshastigheterna för sfäriska partiklar i tensidbaserade savförtunningsviskostiska (VES) vätskor. Mätningarna är gjorda för partiklar som sedimenterar i obundna vätskor och vätskor mellan parallella väggar. VES-vätskor över ett brett spektrum av reologiska egenskaper framställs och karakteriseras reologiskt. Den reologiska karakteriseringen innebär stadig shear-viskositet och dynamiska svängning-shear mätningar för att kvantifiera viskösa och elastiska egenskaper respektive. Sedimenteringshastigheterna under obundna förhållanden mäts i näbbar med diametrar på minst 25 gånger partiklarnas diameter. För att mäta sedimenteringshastigheter mellan parallella väggar konstrueras två experimentella celler med olika väggavstånd. Sfäriska partiklar av varierande storlek tappas försiktigt i vätskorna och får sätta sig. Processen spelas in med en högupplöst videokamera och partikelns bana registreras med hjälp av bildanalysprogramvara. Terminala avvecklingshastigheter beräknas utifrån data.
Effekten av elasticitet på sedimenteringshastigheten i obundna vätskor kvantifieras genom att jämföra den experimentella sedimenteringshastigheten med den sedimenteringshastighet som beräknas av renauds oelastiska dragprognoser et al. 1 Resultaten visar att vätskors elasticitet kan öka eller minska sedimenteringshastigheten. Omfattningen av minskning/ökning är en funktion av de reologiska egenskaperna hos partiklarnas vätskor och egenskaper. Begränsande väggar observeras för att orsaka en retardationseffekt på sedimenteringen och retardationen mäts i termer av väggfaktorer.

Experimenten utförs för fem partiklar med olika diameter i sju olika vätskeblandningar med unika K- och λ-värden. Figur 1 visar sedimenteringshastigheten som en funktion av partikeldiametern i en vätska. Felstaplarna visar variabiliteten i de tre mätningarna. Rumstemperaturen som mäts under försöket är 23 °C. Det kan observeras att sedimenteringshastigheterna ökar med partikeldia...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids at JoVE.co

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

Detta dokument visar det experimentella förfarandet för att mäta terminala sedimenteringshastigheter för sfäriska partiklar i tensidbaserad savförtunning viskoelastiska vätskor. Vätskor över ett brett spektrum av reologiska egenskaper bereds och sedimenteringshastigheter mäts för en rad partikelstorlekar i obundna vätskor och vätskor mellan parallella väggar.

Experimentell mätning av sedimenteringshastigheten för sfäriska partiklar i odefinierade och begränsade tensidbaserade savförtunnande viskoelastiska vätskor

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Application of Newton's Laws of Motion

SCIENTISTS IN ACTION

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Tillverkning av Rumsligt Självindragande komplexa oxider

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

Ultraljud Velocity Mätning i en flytande metallelektrod

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

Utveckling av en experimentuppställning för mätning av Coefficient of Restitution under vakuumbetingelser

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Avancerade Experimentella metoder för låg temperatur Magnetotransport Mätning av nya material

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Experimentella metoder för undersökning av formminne Baserat Elastocaloric kylprocesser och Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Optisk fälla Loading dielektriska mikropartiklar i luft

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

Diffusion av passiv spårämnen i Laminar skjuvning flöde

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Metoder Ex Situ och In Situ utredningar av strukturomvandlingar: fallet av kristallisation av metalliska glasögon

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

Metodutveckling för kontaktlös resonant hålrum dielektriska spektroskopiska studier av cellulosa papper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Measurement of Chladni Mode Shapes with an Optical Lever Method

Mätning av Chladni Mode Shapes med en optisk levermetod

Quantitatively determining the Chladni pattern of an elastic plate is of great interest in both physical science and engineering applications. In this ...