El fluido de Bagnold se refiere a una suspensión de partículas con flotación neutra en un fluido newtoniano como el agua o el aire. El término lleva el nombre de Ralph Alger Bagnold , quien colocó dicha suspensión en un reómetro cilíndrico coaxial anular para investigar los efectos de la interacción de los granos en la suspensión. [1]
Mediante experimentos descritos en su artículo de 1954, Bagnold demostró que cuando se aplica un flujo de cizallamiento a la suspensión, entonces el cizallamiento y los esfuerzos normales en la suspensión pueden variar lineal o cuadráticamente con la velocidad de cizallamiento , dependiendo de la fuerza de los efectos viscosos en comparación con el inercia de las partículas .
Si las tensiones de cizallamiento y normales en la mezcla (suspensión: mezcla de sólido y fluido ) varían cuadráticamente con la velocidad de cizallamiento , se dice que el flujo satisface el flujo de inercia de grano de Bagnold . Si esta relación es lineal, se dice que el movimiento satisface el flujo macro-viscoso de Bagnold .
Estas relaciones, particularmente la relación cuadrática, se conocen como reología de Bagnold . Aunque Bagnold usó esferas de cera suspendidas en una mezcla de glicerina, agua y alcohol, muchos experimentos posteriores de células de cizallamiento para mezclas húmedas y secas, así como simulaciones por computadora , han confirmado estas relaciones. [2] [3] La reología de Bagnold se puede utilizar para describir los escombros y los flujos granulares en pendientes inclinadas . [4]
Para velocidades de cizallamiento bajas, suspensiones diluidas o suspensiones que involucran partículas pequeñas, la viscosidad del fluido es un efecto mucho más fuerte que la inercia de las partículas. Las partículas no interactúan fuertemente entre sí. Al considerar las fuerzas sobre una partícula en un fluido en el régimen de Stokes , se puede demostrar que la presencia de la partícula simplemente aumenta la "viscosidad efectiva" del fluido.
A altas tasas de cizallamiento, la inercia de las partículas es el efecto dominante y el comportamiento de la suspensión se rige por las colisiones entre partículas. En su artículo de 1954, Bagnold justificó la relación cuadrática mediante argumentos de colisión. Consideró una situación idealizada en la que las capas de partículas son regulares, y se deslizan y chocan regularmente entre sí. Entonces, el impulso de cada colisión entre partículas es proporcional a la velocidad de cizallamiento, y también lo es el número de colisiones por unidad de tiempo; y, por tanto, el impulso total sobre una partícula por unidad de tiempo es proporcional al cuadrado de la velocidad de corte.