We present a pneumatic approach for massive production of poly(vinyl alcohol) (PVA) filaments based on a mixing mechanism at the micrometer scale using so-called Flow Blurring (FB) atomizers. This micro-mixing is triggered by a turbulent, bubbly motion generated by implosion of a gas current into a liquid feeding tube. The energy of the gas, the liquid viscosity, and the geometry of the atomizer play an active role in the size and shape of the ejecta. The shear viscosity of aqueous solutions of PVA of various molecular weights was investigated to assess their rheological nature using a dimensionless parameter based on the solutions’ concentration and the polymer’s molecular weight and its entanglement molecular weight. The solutions exhibited a shear thinning behavior at low shear rates and a Newtonian behavior at moderate rates. PVA solution with viscosity above the threshold value is prone to forming filaments during atomization with FB devices. Analyses of the dynamics of the atomization revealed two main types of ejections depending on the liquid flow rate and viscosity: either a bundle of filaments formed from within the atomizer or a more continuous single structure developed in the vicinity of the atomizer exit. Furthermore, based on Kolmogorov’s energy cascade, we propose a scaling law for the mean filament diameter as a function of liquid properties, atomizer geometry, and imposed pressure. The present work may have significant implications in the large-scale processing of liquids leading to useful materials.

中文翻译：

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具有能量高效微混合机制的聚乙烯醇长丝形成动力学

我们提出了一种基于微米级混合机制使用所谓的流动模糊 (FB) 雾化器大规模生产聚乙烯醇 (PVA) 长丝的气动方法。这种微混合是由气流内爆到液体进料管中产生的湍流气泡运动触发的。气体的能量、液体的粘度和雾化器的几何形状对喷射物的大小和形状起着积极的作用。使用基于溶液浓度和聚合物分子量及其缠结分子量的无量纲参数，研究了各种分子量的 PVA 水溶液的剪切粘度，以评估其流变性质。溶液在低剪切速率下表现出剪切稀化行为，在中等速率下表现出牛顿行为。粘度高于阈值的 PVA 溶液在使用 FB 设备雾化过程中容易形成细丝。对雾化动力学的分析揭示了两种主要类型的喷射，这取决于液体流速和粘度：雾化器内形成的一束细丝或雾化器出口附近形成的更连续的单一结构。此外，基于 Kolmogorov 的能量级联，我们提出了平均细丝直径的标度定律，作为液体特性、雾化器几何形状和施加压力的函数。目前的工作可能对大规模处理液体产生有用的材料具有重要意义。对雾化动力学的分析揭示了两种主要类型的喷射，这取决于液体流速和粘度：雾化器内形成的一束细丝或雾化器出口附近形成的更连续的单一结构。此外，基于 Kolmogorov 的能量级联，我们提出了平均细丝直径的标度定律，作为液体特性、雾化器几何形状和施加压力的函数。目前的工作可能对大规模处理液体产生有用的材料具有重要意义。对雾化动力学的分析揭示了两种主要类型的喷射，这取决于液体流速和粘度：雾化器内形成的一束细丝或雾化器出口附近形成的更连续的单一结构。此外，基于 Kolmogorov 的能量级联，我们提出了平均细丝直径的标度定律，作为液体特性、雾化器几何形状和施加压力的函数。目前的工作可能对大规模处理液体产生有用的材料具有重要意义。我们提出了平均细丝直径的标度定律，作为液体特性、雾化器几何形状和施加压力的函数。目前的工作可能对大规模液体加工产生有用的材料具有重要意义。我们提出了平均细丝直径的标度定律，作为液体特性、雾化器几何形状和施加压力的函数。目前的工作可能对大规模处理液体产生有用的材料具有重要意义。