Flow patterns in viscoelastic liquids upstream of orifices

Authors

  • D. R. Oliver,

    1. Chemical Engineering Department, University of Birmingham, Birmingham, England
    Current affiliation:
    1. Instron Ltd., Coronation Rd., High Wycombe. Bucks
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  • R. Bragg

    1. Chemical Engineering Department, University of Birmingham, Birmingham, England
    Current affiliation:
    1. Instron Ltd., Coronation Rd., High Wycombe. Bucks
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Abstract

The flow patterns obtained when aqueous polyacrylamide solutions flow into orifices are photographed. The polymer concentrations are 0.01, 0.03 and 0.10 per cent, the orifice diameters 1.27, 0.95, 0.50, 0.20 and 0.10 cm and the flow velocities 7-700 cm/sec.

Various flow patterns are identified, including the well-defined conical form. The semi-angle of the cone decreases with decreasing orifice size and also depends on flow velocity, particularly when the larger orifices are being used. Cone angle also depends on the concentration of the solution. The flow pattern sometimes changes abruptly when flow velocity is increased; flow instability is often present.

Finally, it is suggested that the flow pattern is established as a result of interplay between extensional forces present in the liquid at the orifice and viscous and kinetic effects in the upstream fluid.

Abstract

On photographie les formes de l'écoulement obtenues lorsque des solutions aqueuses d'un poly-acrylamide coulent dans des orifices. Les concentrations du polymère sont 0.01, 0.03 et 0.10%, les diamètres des orifices sont 1.27, 0.95, 0.50, 0.20 et 0.10 centimètres et les vitesses d'écoulement varient entre 7 et 700 centimètres à la seconde.

On identifie diverses formes d'écoulement, y compris celle d'un cône bien défini. Le semi-angle du cône décroît à mesure que les dimensions des orifices diminuent et il dépend de la vé-locité de l'écoulement, surtout dans le cas des plus gros orifices. l'angle du cône dépend aussi de la concentration de la solution. La forme de l'écoulement change parfois soudainement lorsque sa vélocité augmente et il se produit souvent une instabilité de l'écoulement.

s'établit à la suite d'une réaction mutuelle entre les forces d'extension dans le liquide à l'orifice et les effets de la viscosité et de la cinétique dans le fluide allant en amont.

Ancillary