comportamiento critico de un fluido binario bajo flujo de esfuerzos

COMPORTAMIENTO CRITICO DE UN
FLUIDO BINARIO BAJO FLUJO DE ESFUERZOS
A. DE VIRGILIIS†, G.P. SARACCO†
† Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas, UNLP-CONICET,
Diag. 113 y 64, La Plata, CP 1900, Argentina
[email protected]
INTRODUCCIÓN
Los fluidos binarios en general poseen un
punto de separación de fases a una dada
concentración crítica, y. en esta transición de
segundo
orden
sus
propiedades
termodinámicas muestran comportamiento
universal. Es bien sabido que su clase de
universalidad es la misma de los fluidos
simples, es decir la del modelo de Ising
tridimensional.
En el caso de fluidos fuera del equilibrio
sometidos a un flujo de esfuerzos uniforme y
constante,
la teoría predice que las
deformaciones convectivas alteran este
comportamiento: las fluctuaciones son
anisotrópicas, los exponentes críticos toman
valores de campo medio y la temperatura
crítica se desplaza a valores más bajos (Onuki,
1978). De igual manera se ve afectada la
dinámica del crecimiento de dominios durante
la separación de fases del sistema. Ahora hay
al menos dos escalas temporales asociadas
relevantes: el tiempo característico de las
fluctuaciones críticas τ y la tasa de flujo de
esfuerzo S -1 (ver Fig. 1).
Con el objetivo de comprender en mayor
detalle el interjuego entre el flujo y la
separación de fases, comenzamos el estudio
por simulaciones de un sistema modelo,
concretamente una mezcla simétrica de
Lennard-Jones, y estudiamos algunas de sus
propiedades estructurales y dinámicas.
METODOLOGÍA
Consideramos un fluido binario hecho de
partículas puntuales con interacciones de a
pares. Los potenciales, de tipo Lennard-Jones,
están truncados y desplazados y su rango de
corte es r c = 2.5. Los parámetros de los
potenciales son
σ AA =σ BB =σ AB =σ, y
ε AA
=ε BB =ε AB = ε
por lo que la binodal es simétrica respecto de
la composición crítica c=0.5.
El comportamiento de fase y la dinámica
crítica de esta mezcla modelo en equilibrio se
conocen en detalle por trabajos previos de
otros autores (Das et al., 2006). En particular,
la temperatura crítica es T c = 1.423(1).
El sistema simulado consiste de N=N A +N B
= 6400 partículas colocadas en una caja cúbica
a una densidad ρ=1. La dinámica molecular
se lleva a cabo en el ensemble NVT utilizando
un termostato DPD.
El flujo de esfuerzos cortantes se
implementa mediante condiciones de contorno
modificadas (Lees y Edwards, 1972).
Fig. 1. Esquema del diagrama de fase de una
mezcla binaria sometida a un flujo de
esfuerzos de intensidad S. La región
sombreada a ambos lados de la curva
de coexistencia corresponde al régimen
de esfuerzos fuertes (S τ>1).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se simularon temperaturas en el régimen de
flujo de esfuerzos fuerte, y a una composición
fija c=0.5. La única tasa de esfuerzos estudiada
fue S = 0.055 s-1.
La evolución de las correlaciones se estudió
mediante el factor de estructura anisotrópico,
calculado en los planos paralelo y
perpendicular al eje de esfuerzos. Entre las
propiedades de transporte se estudiaron el
coeficiente de autodifusión y la viscosidad
efectiva. Los resultados obtenidos hasta el
momento indican una clara influencia del flujo
en la estructura y en la dinámica del fluido.
CONCLUSIONES
En este estudio preliminar se ha demostrado
la utilidad del método de dinámica molecular
fuera del equlibrio para la caracterización de
un fluido crítico sometido a flujo uniforme de
esfuerzos.
REFERENCIAS
Onuki, A. and Kawasaki, K., Prog. Theor.
Phys. Suppl.
64, 436 (1978); Ann. Phys. N.Y. 121, 456
(1979).
Das, S.K. et al, J. Chem. Phys. 125, 024506
(2006); Phys. Rev. Lett. 97, 025702 (2006)..
Lees, A.W. and Edwards, S.F., J. Phys. C:
Solid Stat Phys. 5, 1921 (1972).
De Virgiliis, A. and Saracco, G.P., en
preparación.