Rheology and Structure of Concentrated Suspensions of Hard Spheres. Shear Induced Particle Migration

Abstract

A partir d'une estimation de la dissipation visqueuse, nous avons precedemment evalue la viscosite apparente de cisaillement des suspensions homogenes de spheres dures monodisperses et non Browniennes dans les systemes dilues ou concentres. Nous utilisons la dependance de la viscosite de cisaillement avec la distance moyenne entre les particules pour determiner les composantes d'un tenseur local de contraintes associe a l'amas transitoire de particules au dessus de la fraction volumique critique de percolation. Nous developpons pour cela un modele base sur les forces de lubrification s'exercant au cours des collisions entre les particules afin de coupler le tenseur local de contraintes associe aux particules et le tenseur des contraintes dans la suspension assimilee a un milieu effectif. Dans le cas des ecoulements non uniformes presentant des zones de faible cisaillement, il est necessaire de considerer un tenseur non local des contraintes car les forces peuvent alors se transmettre directement a travers l'amas de particules sur une longueur de correlation superieure au diametre des particules. Cette approche montre que la migration des particules dans un ecoulement est induite par les variations spatiales de la contrainte tangentielle. Les previsions du modele relatives aux profils de concentrations en particules dans un ecoulement de Couette ou dans un ecoulement de Poiseuille plan sont en bon accord avec les donnees experimentales de la litterature.