پایان نامه ژئولوژی

پایان نامه ژئولوژی

تاریخچه پیدایش رئولوژی[1]

نیوتن[2] (1727-1642) اولین فردی بود كه برای مدل كردن سیالات با آنها برخوردی كاملاً علمی نمود. وی در قانون دوم مقاومت خود، كل مقاومت یك سیال را در برابر تغییر شكل (حركت) نتیجه دو عامل زیر دانست:

الف) مقاومت مربوط به اینرسی (ماند) سیال

ب) مقاومت مربوط به اصطكاك (لغزش ملكولها یا لایه‌های سیال بر هم‌دیگر)

و در نهایت قانون مقاومت خود را چنین بیان نمود: «در یك سیال گرانرو[3]، تنش مماسی (برشی) متناسب با مشتق سرعت در جهت عمود بر جهت جریان است.»

در اواخر قرن نوزدهم علم مكانیك سیالات شروع به توسعه در دو جهت كاملاً مجزا نمود.

از یك طرف علم تئوری هیدرودینامیك كه با معادلات حركت اولر[4] در مورد سیال ایده‌آل فرضی شروع می ‌شد، تا حد قابل توجهی جلو رفت. این سیال ایده‌آل، غیر قابل تراكم و فاقد گرانروی و كشسانی (الاستیسیته) در نظر گرفته شد. هنگام حركت این سیال تنشهای برشی وجود نداشته و حركت كاملاً بدون اصطكاك است. روابط ریاضی بسیار دقیقی برای این نوع سیال ایده‌آل در حالتهای فیزیكی مختلف بدست آمده است. باید خاطر نشان نمود كه، نتایج حاصل از علم كلاسیك هیدرودینامیك در تعارض آشكار با نتایج تجربی است (بخصوص در زمینه‌های مهمی چون افت فشار در لوله‌ها و كانالها و یا مقاومت سیال در برابر جسمی كه در آن حركت می‌نماید). لذا این علم از اهمیت عملی زیادی برخوردار نگشت. به دلیل فوق مهندسین كه به علت رشد سریع تكنولوژی نیازمند حل مسائل مهمی بودند، تشویق به توسعه علمی بسیار تجربی، بنام هیدرولیك شدند. علم هیدرولیك بر حجم انبوهی از اطلاعات تجربی متكی بود و از حیث روشها و هدفهایش، با علم هیدرودینامیك اختلاف قابل ملاحظه‌ای داشت.

در شروع قرن بیستم دانشمندی بنام پرانتل[5] نشان داد كه چگونه می‌توان این دو شاخه دینامیك سیالات را به یكدیگر مرتبط نمود و با این كار به شهرت رسید. پرانتل به روابط زیادی بین تجربه و تئوری دست یافت و با این كار توسعة بسیار موفقیت‌آمیز مكانیك سیالات را امكان‌پذیر نمود. البته قبل از پرانتل نیز بعضی از محققین بر این نكته اشاره كرده بودند كه اختلاف بین نتایج

 هیدرو دینامیك كلاسیك و تجربه در بسیاری از موارد به دلیل صرف نظر كردن از اصطكاك سیال است.

علاوه بر این، از شناخت معادلات حركت سیالات با در نظر گرفتن اصطكاك )معادلات ناویر- استوكس[6]( مدت زمانی سپری می‌‌شد. اما به دلیل مشكلات حل ریاضی این معادلات در آن زمان (باستثنای موارد خاص)،در برخورد تئوریك با حركت سیالات گرانرو عقیم مانده بود. در مورد دو سیال بسیار مهم یعنی آب و هوا، نیروی ناشی از لغزش لایه‌های سیال بر یكدیگر (گرانروی آب

 N.S/m2 3-10×1 و گرانروی هوا N.S/m2 3-10×5/2) در مقایسه با سایر نیروها (نیروی ثقل و فشار، N/m2 105) قابل اغماض می‌باشد. بنابراین می‌توان پی برد كه چرا درك تأثیر عامل مهمی همچون نیروی اصطكاك بر حركت سیال در تئوری كلاسیك تا این حد مشكل بوده است. در مقاله‌ای تحت عنوان سیالات با اصطكاك بسیار كم كه قبل از كنگره ریاضیات در هیدلبرگ[7] در 1904 قرائت گردید، پرانتل نشان داد كه می‌توان جریانات گرانرو را با شیوه‌ای كه دارای اهمیت عملی زیادی است به دقت تجزیه و تحلیل نمود. با استفاده از اصول تئوریك و برخی آزمایشهای ساده پرانتل اثبات نمود كه جریان سیال اطراف یك جسم جامد را می‌توان به دو ناحیه تفكیك نمود:

1-    لایه بسیار نازك در مجاورت جسم (لایه مرزی) كه در آن اصطكاك نقش مهمی را بازی می‌كند.

2-    ناحیه دورتر از سطح جسم كه در آن اصطكاك قابل اغماض است.

بر مبنای این فرضیه (Prandtl) موفق به ارائه برداشت فیزیكی قابل قبول از اهمیت جریانات گرانرو گردید، كه در زمان خود موجب ساده شدن قابل توجه حل ریاضی معادلات گردید. آزمایشهای ساده‌ای كه توسط پرانتل در یك تونل آب كوچك انجام شد بر تئوریهای موجود صحه گذاشت. بدین ترتیب او اولین قدم را جهت ارتباط تئوری و نتایج تجربی برداشت. در این رابطه تئوری لایه مرزی بسیار مفید واقع شد، زیرا عامل مؤثری در توسعه دینامیك سیالات بود و بدین ترتیب در مدت زمان كوتاهی به یكی از پایه‌های اساسی این علم مدرن تبدیل شد. پس از شروع مطالعات در زمینه سیالات دارای اصطكاك یك تئوری دینامیكی برای ساده‌ترین گروه سیالات واقعی (سیالات نیوتنی)[8] توسعه یافت. البته این تئوری در مقایسه با تئوری سیالات ایده‌آل از دقت كمتری برخوردار بود.

با رشد صنعت تعداد سیالاتی كه رفتار برشی آنها با استفاده از روابط سیالات نیوتنی قابل توجیه نبود، رو به افزایش گذاشت. از جمله این سیالات می‌توان محلولها و مذابهای پلیمری، جامدات معلق در مایعات، امولسیونها و موادی كه دو خاصیت گرانروی و كشسانی را تواماً دارا می‌باشند (ویسكوالاستیكها) اشاره نمود. بررسی رفتار این سیالات مهم موجب پیدایش علم جدیدی بنام «رئولوژی[9] » شد.

[1]-Rheology

[2]-Newton

[3]-Viscose

[4]-Euler

[5]-Prandtl

[6]-Navier – Stokes equation

[7]-Heidelberg

1- سیالاتی كه از قانون دوم مقاومت نیوتن پیروی می‌كنند به سیالات نیوتنی معروف شده‌اند.

[9]-Rheology

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                   صفحه

فصل اوّل : رئولوژی مواد پلیمری

1-1            تاریخچه پیدایش رئولوژی...............................................................................................................

1-2            مواد از دیدگاه رئولوژی....................................................................................................................

     1-2-1 پدیده‌های رئولوژیكی................................................................................................................

     1-2-2 تنش تسلیم در جامدات..........................................................................................................

     1-2-3 تنش تسلیم در رئولوژی..........................................................................................................

     1-2-4 تقسیم بندی مواد......................................................................................................................

فصل دوّم : آمیزه‌های پلیمری

2-1-1 مقدمه ..................................................................................................................................................

2-1-2  تعاریف.................................................................................................................................................

2-1-3 روشهای تهیه آمیزه‌های پلیمری....................................................................................................

2-1-4 رفتار اجزا آمیزه‌های پلیمری..........................................................................................................

2-1-5 امتزاج پذیری آمیزه‌های پلیمری...................................................................................................

2-1-6 سازگاری آمیزه‌های پلیمری.............................................................................................................

2-1-7 سازگاری بواسطه افزودن كوپلیمر.................................................................................................

2-1-8 روشهای تخمین سازگاری و امتزاج پذیری آمیزه‌ها و آلیاژهای پلیمری.............................

2-1-9 كریستالیزاسیون آمیزه‌های پلیمری..............................................................................................

2-2-1 رئولوژی پلیمرها..................................................................................................................................

2-2-2 رئولوژی آمیزه‌های پلیمری ............................................................................................................

     2-2-2-1 مقدمه ....................................................................................................................................

     2-2-2-2 ویسكوزیته آمیزه‌ها و آلیاژهای پلیمری ........................................................................

     2-2-2-3 معادلات تجربی ویسكوزیته آمیزه بر حسب غلظت سازنده‌های پلیمری..............

     2-2-2-4 جریان برشی پایدار آمیزه‌های پلیمری...........................................................................

     2-2-2-5 الاستیسیته مذاب آمیزه‌های پلیمری.............................................................................

فصل سوّم : خاصیت ویسكوالاستیك خطّی

3-1 مقدمه .......................................................................................................................................................

3-2 مفهوم و نتایج از خاصیت خطی بودن .............................................................................................

3-3 مدل ماكسول و كلوین .........................................................................................................................

3-4 طیف افت یا آسایش..............................................................................................................................

3-5 برش نوسانی.............................................................................................................................................

3-6 روابط میان توابع ویسكوالاستیك خطی...........................................................................................

3-7  روشهای اندازه‌گیری..............................................................................................................................

     3-7-1 روشهای استاتیك......................................................................................................................

     3-7-2 روشهای دینامیك: كشش نوسانی.........................................................................................

     3-7-3 روشهای دینامیك: انتشار موج...............................................................................................

     3-7-4 روشهای دینامیك: جریان ثابت ............................................................................................

فصل چهارم: بررسی رفتار ویسکوالاستیک آمیزه های پلیمری با استفاده از مدل امولسیون پالیریَن

4-1 مقدمه .......................................................................................................................................................

4-2 مدل پالیریَن  (Palierne model) ..............................................................................................

4-3 نتایج تجربی و بحث ..............................................................................................................................

منابع و مراجع