Viscoelasticità lineare di sospensioni semiconcentrate di sfere rigide in liquidi non-Newtoniani attraverso simulazioni numeriche agli elementi finiti

La reologia di sistemi costituiti da particelle solide sospese in fluidi Newtoniani è stata ampiamente studiata sia sperimentalmente sia attraverso un approccio teorico/simulativo. Nonostante l’ovvia rilevanza applicativa, il comportamento di sospensioni viscoelastiche ha, invece, ricevuto scarsa attenzione. I pochi studi effettuati in tale direzione sono essenzialmente di tipo sperimentale volti alla caratterizzazione reologica di sospensioni concentrate in flusso di taglio o in viscoelasticità lineare. Questo lavoro è finalizzato allo studio reologico di sospensioni solide in viscoelasticità lineare attraverso simulazioni numeriche. Particelle sferiche, non-Browniane e con inerzia trascurabile sono uniformemente disperse sia in un fluido Newtoniano (utile per la validazione della procedura numerica) che viscoelastico. Le equazioni di bilancio sono risolte attraverso il metodo degli elementi finiti. Per gestire un sistema a molte particelle, condizioni periodiche sono imposte lungo le tre direzioni dello spazio. Il dominio computazionale descrive, quindi, il comportamento di ”bulk” di una sospensione infinita. Per sospensioni Newtoniane si osserva un ottimo accordo quantitativo di G” con previsioni teoriche ed esperimenti disponibili in letteratura. Nel caso non-Newtoniano entrambi i moduli mostrano una dipendenza dalla frazione volumetrica dello stesso tipo fino a phi=0.3. Tale dipendenza coincide anche con la previsione Newtoniana. Significative deviazioni da questi comportamenti si osservano quando la distribuzione spaziale delle cariche solide non è uniforme.