Reologia extensional e magnetização de emulsões diluídas de ferrofluidos

Abstract

Este trabalho apresenta uma investigação dos efeitos de campos magnéticos uniformes na reologia e magnetização de emulsões diluídas de ferrofluido sujeitas a escoamentos extensional planar. Para isso, realizamos simulações numéricas tridimensionais de uma única gota de ferrofluido superparamagnético suspensa em um fluido viscoso não magnetizável. Este sistema corresponde à unidade microestrutural da emulsão. As equações de NavierStokes incompressíveis para um sistema bifásico, com a adição do termo magnético, são resolvidas usando um método de projeção. O problema de interface é tratado com o método Level-Set. Nós encontramos que a configuração e magnetização da gota dependem da intensidade e direção do campo externo. Macroscopicamente, a contribuição da gota para o estado de tensões da emulsão é anisotrópica. As duas viscosidades extensionais associadas às tensões normais da emulsão permanecem constantes ou aumentam com a intensidade do campo; a única exceção ocorre quando a direção do campo é perpendicular ao plano de extensão, em que a segunda viscosidade extensional diminui. Quando o campo externo não está alinhado com as direções principais do escoamento, a gota se inclina com relação ao escoamento e a magnetização da gota não aponta mais na direção do campo externo. Na escala da emulsão, isso resulta em torques internos que levam a um tensor de tensões não simétrico. Para levar em conta esses componentes de cisalhamento inesperados e caracterizar completamente a reologia extensional, nós introduzimos novas funções materiais extensionais, como os coeficientes de viscosidade de cisalhamento e de rotação. Nós também analisamos as condições para ruptura de gota. O campo externo induz ou impede a quebra da gota, dependendo da direção do campo. As deformações subcríticas no plano formado pelas direções de extensão e do campo varia linearmente com a taxa de extensão crítica, independentemente da direção do campo. No geral, este estudo fornece novas informações para aplicações de materiais inteligentes controlados por campos externos e manipulação precisa de gotas de ferrofluido.