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Abstract

Tube entrance-region flow is examined by measuring the thrust of jets of liquid emerging from capillary tubes of different lengths. The liquids used are water, toluene, n-pentanol and two aqueous polyacrylamide solutions possessing viscoelastic properties. The jet thrust behavior of each liquid is compared with the behavior calculated on the assumption that the liquid is Newtonian in character. Several facts emerge

(a) the water behavior is near-Newtonian.

(b) for other liquids, the entry region is much more extensive than that predicted by Newtonian theory.

(c) there is a striking peak in the jet thrust for intermediate values of L/D.

(d) the steady state thrust levels are generally lower than those predicted by Newtonian theory.

(e) for n-pentanol and the more dilute polymer solution, these reduced thrust levels are consistent with previously published normal stress data.

Possible reasons for the presence of a peak in jet thrust are discussed; this may well depend on shear elasticity possessed by the liquids. If so, the controversial suggestion that simple organic liquids possess shear elasticity is supported.

It is shown that, in some cases, L/D ratios in excess of 350 are required for the establishment of steady laminar flow in the tubes.

On étudie l'écoulement, à l'entrée d'un tube en mesurant la poussée de jets de liquide émergeant de tubes capillaires de différentes longueurs. Les liquides utilisés sont l'eau, le toluène, le pentane normal et deux solutions aqueuses de polyacrylamides possédant des propriétés visco-élastiques. On compare pour chaque liquide le comportement de la poussée du jet avec celui qu'on a calculé on supposant que le liquide est newtonien. On constate les faits suivants

(a) l'eau se comporte pratiquement comme un liquide non-newtonien

(b) dans le cas des autres liquides, la région de l'entrée du tube est bien plus considérable que ne le prévoit la théorie de Newton

(c) il existe un point maximum remarquable dans le cas de la poussée du jet pour des valeurs intermédiaires du rapport entre la longueur et le diamètre du tube

(d) les valeurs de la poussée pour un régime permanent sont généralement inférieures à celles que prédit la théorie de Newton

(e) dans le cas du pentane normal et de la solution la plus diluée du polymère, les valeurs moindres de la poussée (mentionnées à d) s'accordent avec les données d'effort normal qui ont paru préalablement dans des travaux.

On discute les raisons qui peuvent motiver la présence d'un point maximum dans la poussée de jets liquides; ce point peut bien dépendre de l'élasticité sous l'effet du cisaillement que possèdent les liquides et, s'il en est ainsi, cela vient à l'appui de la prétention controversée que des liquides organiques simples possèdent la dite élasticité. On démontre que, dans certains cas, il faut que les rapports entre la longueur et le diamètre des tubes excèdent 350 pour y produire un écoulement laminaire régulier.