1. Transient electro-osmotic flow of generalized second-grade fluids under slip boundary conditions
- Author
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Wang, Xiaoping, Qi, Haitao, and Xu, Huanying
- Subjects
Mathematical models -- Usage ,Viscoelasticity -- Models ,Boundary value problems -- Usage ,Derivatives (Mathematics) -- Usage ,Physics - Abstract
This work investigates the transient slip flow of viscoelastic fluids in a slit micro-channel under the combined influences of electro-osmotic and pressure gradient forcings. We adopt the generalized second-grade fluid model with fractional derivative as the constitutive equation and the Navier linear slip model as the boundary conditions. The analytical solution for velocity distribution of the electro-osmotic flow is determined by employing the Debye-Huckel approximation and the integral transform methods. The corresponding expressions of classical Newtonian and second-grade fluids are obtained as the limiting cases of our general results. These solutions are presented as a sum of steady-state and transient parts. The combined effects of slip boundary conditions, fluid rheology, electro-osmotic, and pressure gradient forcings on the fluid velocity distribution are also discussed graphically in terms of the pertinent dimensionless parameters. By comparison with the two cases corresponding to the Newtonian fluid and the classical second-grade fluid, it is found that the fractional derivative parameter [beta] has a significant effect on the fluid velocity distribution and the time when the fluid flow reaches the steady state. Additionally, the slip velocity at the wall increases in a noticeable manner the flow rate in an electro-osmotic flow. Key words: generalized second-grade fluid, electro-osmotic flow, fractional calculus, slip velocity, analytical solutions. Nous etudions ici l'ecoulement glissant transitoire de fluides viscoelastiques dans un micro-canal a fente sous l'influence combinee de forces electro-osmotique et de gradient de pression. Nous adoptons le modele generalise du fluide de grade deux avec derivee fractionnaire comme loi de comportement et le modele de glissement lineaire de Navier comme conditions limites. Utilisant l'approximation de Debye-Hukel et les methodes de transformation integrale, nous obtenons la solution analytique pour la distribution de vitesse d'ecoulement electro-osmotique. Les expressions correspondantes pour des fluides newtoniens classiques et de grade deux sont obtenues comme cas limites de nos resultats generaux. Ces solutions sont presentees comme la somme de deux termes, decrivant un etat stationnaire et un autre transitoire. Les effets combines des conditions limites de glissement, de la rheologie du fluide, des forces electro-osmotique et de gradient de pression sur la distribution de vitesse du fluide sont aussi discutes graphiquement en fonction des parametres sans dimension pertinents. En comparant avec les resultats correspondants pour des fluides newtonien et de grade deux, nous trouvons que le parametre de la derivee fractionnaire [beta] a un effet significatif sur la distribution de vitesse du fluide et sur le temps que prend le fluide pour atteindre l'etat stationnaire. De plus, la vitesse de glissement a la paroi augmente de facon notable le taux d'ecoulement d'un ecoulement electro-osmotique. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : fluide generalise de grade deux, ecoulement electro-osmotique, calcul fractionnaire, vitesse de glissement, solutions analytiques., 1. Introduction Today, fractional calculus has obtained more and more attention because of its demonstrated applications in many diverse fields of science and engineering. For an extensive bibliography on fractional [...]
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- 2017
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