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Vázquez Quesada, Adolfo

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Vázquez Quesada
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Adolfo
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    Numerical simulations of Brownian suspensions using Smoothed Dissipative Particle Dynamics: Diffusion, rheology and microstructure
    (ELSEVIER, 2013) Vázquez Quesada, Adolfo; Ellero, Marco; https://orcid.org/0000-0001-8894-0395
    In this work, a Smoothed Dissipative Particle Dynamics (SDPD) model is presented to simulate dilute-to-concentrated colloidal suspensions with a Newtonian matrix. The Brownian solvent medium is simulated explicitly with the SDPD model and it mediates the long-range fluctuating hydrodynamic interaction between suspended particles. To account for the short-range lubrication interactions, interparticle correction terms are included. In particular, in the Brownian regime the GENERIC framework is used to introduce the stochastic contribution to the lubrication, complying the Fluctuation-Dissipation Theorem. The resulting stochastic equations are solved implicitly by using a splitting technique. The SDPD scheme allows to accurately and efficiently simulate dilute to highly concentrated Brownian suspensions of spheres. Diffusivity, rheology and microstructure of the Brownian particulate system are discussed and compared with previous simulations and experimental results. The effect of the stochastic lubrication model is also analyzed and discussed.
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    Publicación
    Shear thickening of a non-colloidal suspension with a viscoelastic matrix
    (Cambridge University Press, 2019) Vázquez Quesada, Adolfo; Español Garrigos, José; Tanner, Roger I.; Ellero, Marco; https://orcid.org/0000-0003-1365-6052; https://orcid.org/0000-0001-8894-0395
    We study the rheology of a non-colloidal suspension of rigid spherical particles interacting with a viscoelastic matrix. Three-dimensional numerical simulations under shear flow are performed using the smoothed particle hydrodynamics method and compared with experimental data available in the literature using different constant-viscosity elastic Boger fluids. The rheological properties of the Boger matrices are matched in simulation under viscometric flow conditions. Suspension rheology under dilute to semi-concentrated conditions (i.e. up to solid volume fraction ϕ=0.3 ) is explored. It is found that at small Deborah numbers De (based on the macroscopic imposed shear rate), relative suspension viscosities ηr exhibit a plateau at every concentration investigated. By increasing De , shear thickening is observed, which is related to the extensional thickening of the underlying viscoelastic matrix. Under dilute conditions ( ϕ=0.05 ), numerical results for ηr agree quantitatively with experimental data in both the De and ϕ dependences. Even under dilute conditions, simulations of full many-particle systems with no a priori specification of their spatial distribution need to be considered to recover precisely experimental values. By increasing the solid volume fraction towards ϕ=0.3 , despite the fact that the trend is well captured, the agreement remains qualitative with discrepancies arising in the absolute values of ηr obtained from simulations and experiments but also with large deviations existing among different experiments. With regard to the specific mechanism of elastic thickening, the microstructural analysis shows that elastic thickening correlates well with the average viscoelastic dissipation function θelast , requiring a scaling as ⟨θelast⟩∼Deα with α⩾2 to take place. Locally, despite the fact that regions of large polymer stretching (and viscoelastic dissipation) can occur everywhere in the domain, flow regions uniquely responsible for the elastic thickening are well correlated to areas with significant extensional component.
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    Publicación
    Micro-reología computacional
    (Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Facultad de Ciencias. Departamento de Física Fundamental, 2010-02-18) Vázquez Quesada, Adolfo; Español Garrigos, José
    El comportamiento viscoelástico del interior de las células de los organismos vivos determina en muchas ocasiones el funcionamiento del transporte celular. Poder caracterizar este comportamiento es ciertamente muy difícil con los métodos reológicos convencionales en los que una muestra se ubica entre dos placas en movimiento y se miden las fuerzas sobre éstas. Por esta razón se han desarrollado técnicas reológicas ópticas en las que se monitoriza la posición de pequeñas partículas de prueba que desarrollan un movimiento Browniano. Esta técnica se conoce como Micro-reología. Hay varios problemas sobre esta técnica que merecen ser estudiados, empezando con la hipótesis central que se hace sobre la conexión, de acuerdo con una ecuación de Stokes-Einstein generalizada, entre la difusión y las propiedades viscoelásticas. Otras cuestiones tienen que ver con el efecto de las interacciones hidrodinámicas de largo alcance entre distintas partículas de prueba y también con las paredes confinantes. Dada la complejidad de este tipo de sistemas en los que intervienen (1) fluidos viscoelásticos, (2) partículas en suspensión, (3) fluctuaciones térmicas, (4) geometrías complejas, parece muy difícil abordar estas cuestiones desde un punto de vista analítico, lo que nos lleva a utilizar medios de simulación computacionales Se propone una metodología para la construcción de modelos de simulación de suspensiones coloidales en medios viscoelásticos. Al igual que en la Smoothed Dissipative Particle Dynamics (SDPD) para la simulación de fluidos Newtonianos con fluctuaciones térmicas, utilizaremos el formalismo termodinámico GENERIC para desarrollar modelos de simulación termodinámicamente consistentes, es decir, tales que cumplan la Primera y la Segunda leyes de la Termodinámica y el Teorema de Fluctuación-Disipación, requisitos importantes que permiten simular el marco físico en el que se desarrolla la técnica de la Micro-reología.