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Resumo:
O processo de recuperação secundária de petróleo é comumente realizado com a injeção de água ou gás no reservatório a fim de manter a pressão necessária para sua extração. Para que o investimento seja viável, os gastos com a extração precisam ser menores do que o retorno financeiro obtido com a produção de petróleo. Objetivando-se estudar possíveis cenários para o processo de exploração, costuma-se utilizar simulações dos processos de extração. As equações que modelam esse processo de recuperação são de caráter hiperbólico e não lineares, as quais podem ser interpretadas como Leis de Conservação, cujas soluções são complexas por suas naturezas descontínuas. Essas descontinuidades ou saltos são conhecidas como ondas de choque. Neste trabalho foi abordada uma análise matemática para os fenômenos oriundos de leis de conservação, para em seguida utilizá-la no entendimento do referido problema. Foram estudadas soluções fracas que, fisicamente, podem ser interpretadas como ondas de choque ou rarefação, então, para que fossem distinguidas as fisicamente admissíveis, foi considerado o princípio de entropia, nas suas diversas formas. As simulações foram realizadas nos âmbitos dos escoamentos bifásicos e trifásicos, em que os fluidos são imiscíveis e os efeitos gravitacionais e difusivos, devido à pressão capilar, foram desprezados. Inicialmente, foi feito um estudo comparativo de resoluções numéricas na captura de ondas de choque em escoamento bifásico água-óleo. Neste estudo destacam-se o método Composto LWLF-k, o esquema NonStandard e a introdução da nova função de renormalização para o esquema NonStandard, onde obteve resultados satisfatórios, principalmente em regiões onde a viscosidade do óleo é muito maior do que a viscosidade da água. No escoamento bidimensional, um novo método é proposto, partindo de uma generalização do esquema NonStandard unidimensional. Por fim, é feita uma adaptação dos métodos LWLF-4 e NonStandard para a simulação em escoamentos trifásicos em domínios unidimensional. O esquema NonStandard foi considerado mais eficiente nos problemas abordados, uma vez que sua versão bidimensional mostrou-se satisfatória na captura de ondas de choque em escoamentos bifásicos em meios porosos.
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As correntes pesadas do refino de petróleo podem ser utilizadas para a produção de óleos combustíveis para uso industrial ou marítimo, sendo esse último conhecido como óleo bunker. Para tal, é necessária a diluição dessas correntes pesadas com frações de refino mais leves para ajuste da viscosidade. Enquanto o uso industrial do óleo combustível vem sendo significativamente reduzido em função de restrições ambientais, o mercado de óleo bunker apresenta crescimento importante face a expansão do comércio marítimo mundial. No Brasil, há um aumento da produção de petróleos pesados, extrapesados e asfálticos, que exigem complexos esquemas de refino para a sua conversão em frações mais leves. Dessa forma, ocorre uma redução da quantidade de correntes disponíveis para a produção de bunker, além da variação da qualidade das correntes usadas na sua formulação. Esta dissertação avalia a utilização de petróleos pesados e asfálticos na produção de bunker, sem a necessidade do processamento tradicional em refinarias de petróleo. A comparação da qualidade de ignição e de combustão da nova formulação deste produto com o combustível marítimo preparado a partir de correntes residuais é realizada por duas metodologias diferentes. Após a realização de um pré-tratamento, a mistura formulada a partir dos cortes dos petróleos apresenta melhor desempenho que os combustíveis formulados com as correntes residuais. Além disso, este trabalho compara o efeito de diferentes diluentes e a contribuição da corrente pesada utilizada na qualidade de ignição e de combustão do produto
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No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS.
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A crescente preocupação com a preservação do meio ambiente aliada às perspectivas de esgotamento das fontes de energia obtidas dos combustíveis fósseis tem impulsionado a indústria a desenvolver combustíveis alternativos a partir de recursos renováveis e processos ambientalmente não agressivos. O biodiesel, uma mistura de ésteres de ácidos graxos obtida pela transesterificação catalítica de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta (metanol ou etanol) é um combustível alternativo importante, pelo fato das suas propriedades (índice de cetano, conteúdo energético e viscosidade) serem similares às do diesel obtido a partir do petróleo. No presente trabalho, a transesterificação do óleo de soja com metanol para a produção de biodiesel foi estudada em presença de catalisadores sólidos à base de Mg/La e Al/La com propriedades ácido-básicas. Catalisadores de Mg/La com uma relação molar Mg/La igual a 9:1 foram preparados por coprecipitação utilizando três métodos que se diferenciavam quanto ao tipo de agente precipitante e a temperatura de calcinação. O catalisador preparado com (NH4)2CO3/NH4OH como agente precipitante e calcinado a 450 C apresentou as melhores características físico-químicas e catalíticas. Catalisadores à base de Mg/La e Al/La com diferentes composições químicas foram sintetizados nas condições de preparo selecionadas. O comportamento catalítico destes materiais foi investigado frente à reação de transesterificação do óleo de soja com metanol. O catalisador de Al/La com uma relação molar Al/La igual a 9:1 mostrou o melhor desempenho catalítico (rendimento em ésteres metílicos igual a 84 % a 180 C) e pode ser reutilizado por pelo menos três ciclos de reação. Também foram realizados testes catalíticos na presença do óleo de soja com 10 % de ácido oleico verificando-se que os catalisadores utilizados possuem sítios capazes de catalisar as reações de transesterificação e esterificação
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Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo de escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são aproximados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a aproximação espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada.
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O objetivo deste trabalho foi estabelecer um modelo empregando-se ferramentas de regressão multivariada para a previsão do teor em ésteres metílicos e, simultaneamente, de propriedades físico-químicas de misturas de óleo de soja e biodiesel de soja. O modelo foi proposto a partir da correlação das propriedades de interesse com os espectros de reflectância total atenuada no infravermelho médio das misturas. Para a determinação dos teores de ésteres metílicos foi utilizada a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), podendo esta ser uma técnica alternativa aos método de referência que utilizam a cromatografia em fase gasosa (EN 14103 e EN 14105). As propriedades físico-químicas selecionadas foram índice de refração, massa específica e viscosidade. Para o estudo, foram preparadas 11 misturas com diferentes proporções de biodiesel de soja e de óleo de soja (0-100 % em massa de biodiesel de soja), em quintuplicata, totalizando 55 amostras. A região do infravermelho estudada foi a faixa de 3801 a 650 cm-1. Os espectros foram submetidos aos pré-tratamentos de correção de sinal multiplicativo (MSC) e, em seguida, à centralização na média (MC). As propriedades de interesse foram submetidas ao autoescalamento. Em seguida foi aplicada análise de componentes principais (PCA) com a finalidade de reduzir a dimensionalidade dos dados e detectar a presença de valores anômalos. Quando estes foram detectados, a amostra era descartada. Os dados originais foram submetidos ao algoritmo de Kennard-Stone dividindo-os em um conjunto de calibração, para a construção do modelo, e um conjunto de validação, para verificar a sua confiabilidade. Os resultados mostraram que o modelo proposto por PLS2 (Mínimos Quadrados Parciais) foi capaz de se ajustar bem os dados de índice de refração e de massa específica, podendo ser observado um comportamento aleatório dos erros, indicando a presença de homocedasticidade nos valores residuais, em outras palavras, o modelo construído apresentou uma capacidade de previsão para as propriedades de massa específica e índice de refração com 95% de confiança. A exatidão do modelo foi também avaliada através da estimativa dos parâmetros de regressão que são a inclinação e o intercepto pela Região Conjunta da Elipse de Confiança (EJCR). Os resultados confirmaram que o modelo MIR-PLS desenvolvido foi capaz de prever, simultaneamente, as propriedades índice de refração e massa específica. Para os teores de éteres metílicos determinados por HPLC, foi também desenvolvido um modelo MIR-PLS para correlacionar estes valores com os espectros de MIR, porém a qualidade do ajuste não foi tão boa. Apesar disso, foi possível mostrar que os dados podem ser modelados e correlacionados com os espectros de infravermelho utilizando calibração multivariada
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Este trabalho apresenta um estudo da estabilidade das equações da inflação morna com um fluido de radiação viscoso. A viscosidade do fluido é proveniente do constante decaimento de partículas neste, devido à dissipação do campo escalar da inflação, o ínflaton.Esta viscosidade, que pode ser volumar ou laminar, é tratada em termos de teorias termodinâmicas fora do equilíbrio. Este estudo se limita às equações de fundo da inflação morna, de modo que somente a viscosidade volumar tem um efeito significativo, sendo a viscosidade laminar importante somente no contexto de perturbações cosmológicas. A descrição da viscosidade em termos de uma termodinâmica fora do equilíbrio, porém, não pode ser realizada univocamente, pois a única informação que temos sobre processos irreversíveis é a segunda lei da termodinâmica. Portanto, parte-se em busca de teorias que estejam de acordo com esta lei e que, por argumentos plausíveis, sejam capazes de descrever o comportamento dos fluxos dissipativos próximo ao equilíbrio. O objetivo deste trabalho é estudar a estabilidade da inflação morna viscosa para teorias causais e não causais para o fluido de radiação com viscosidade, de forma que se possa observar o impacto da viscosidade no regime inflacionário e a relevância de se passar a considerar a causalidade. Para o fluido de radiação, as teorias consideradas são a teoria não causal de Eckart e as teorias causais de Israel-Stewart e de Denicol et al (hidrodinâmica dissipativa causal não linear). Obtém-se que as teorias causais, como era de se esperar, além de serem, por definição, consistentes no tocante à finitude da velocidade de propagação dos fluxos dissipativos, tornam o sistema dinâmico estável para valores de viscosidade mais distantes do equilíbrio. Observa-se também, nitidamente, que a teoria de Denicol et al é a mais robusta nesse sentido. Este trabalho, portanto, visa dar continuidade ao estudo dos efeitos não-isentrópicos na inflação, já que, além da dissipação do ínflaton na inflação morna, o impacto da viscosidade tem despertado bastante interesse.
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Robotic manipulanda are extensively used in investigation of the motor control of human arm movements. They permit the application of translational forces to the arm based on its state and can be used to probe issues ranging from mechanisms of neural control to biomechanics. However, most current designs are optimized for studying either motor learning or stiffness. Even fewer include end-point torque control which is important for the simulation of objects and the study of tool use. Here we describe a modular, general purpose, two-dimensional planar manipulandum (vBOT) primarily optimized for dynamic learning paradigms. It employs a carbon fibre arm arranged as a parallelogram which is driven by motors via timing pulleys. The design minimizes the intrinsic dynamics of the manipulandum without active compensation. A novel variant of the design (WristBOT) can apply torques at the handle using an add-on cable drive mechanism. In a second variant (StiffBOT) a more rigid arm can be substituted and zero backlash belts can be used, making the StiffBOT more suitable for the study of stiffness. The three variants can be used with custom built display rigs, mounting, and air tables. We investigated the performance of the vBOT and its variants in terms of effective end-point mass, viscosity and stiffness. Finally we present an object manipulation task using the WristBOT. This demonstrates that subjects can perceive the orientation of the principal axis of an object based on haptic feedback arising from its rotational dynamics.
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本文以葡甘聚糖为试材,运用分子模拟同仪器分析相结合的手段,预测了葡甘聚糖分子链的高级结构,分析了无机分子对其结构、性能的影响,探讨了葡甘聚糖与卡拉胶微观作用机理。 主要研究内容与结果如下: 1. 葡甘聚糖单链高级结构的预测 利用Hyperchem7.0、VM2.0分子结构计算软件采用分子动力学和分子力学的方法,以真空中葡甘聚糖单链为研究模型,研究了聚合度、取代基对动态构象的影响及影响链构象的作用力。首次提出了KGM链的动态模型,得到了以下结果:聚合度影响其链形态和稳定性,对于高聚合度的魔芋葡甘聚糖来说,其链呈现无规卷曲状态且稳定性下降,在整个动态运动过程中KGM链脱乙酰基前后都呈现无规卷曲状态,而且其伸展和卷曲的变化是周期性的,表现出了很好的柔性,说明乙酰基不是影响其链形态的主要因素,二面角能和静电作用是真空中影响单链构象的主要的键合作用力和非键合作用力,但是乙酰基对氢键作用的影响较大。 2. 无机分子对葡甘聚糖溶液体系结构性能影响的研究 利用Hyperchem7.0分子结构计算软件,采用分子动力学及红外光谱、核磁共振等技术,对无机分子对葡甘聚糖体系的影响进行分析,很好的解释了性能变化的结构原因,结合以往的研究及参考文献得出以下结论:KGM在碱性条件下由于化学作用乙酰基的脱除分子间氢键作用的加强提高了凝胶强度,分子间氢键的主要作用位点是葡萄糖 的O(6)与甘露糖的O(2)之间;硼与KGM形成的分子内和分子间配合作用及分子间作用力氢键的增强是KGM特性粘度和致密性提高的主要原因,分子间型配位反应发生在葡萄糖和甘露糖两个糖环之间的几率最大;加入尿素后,表现为宏观性能的下降,葡甘聚糖氢键网络被破坏,氢键的作用位点由甘露糖的O(2)、O(3)变为O(4),葡萄糖的O(3)、O(6)变为O(1)、O(2)。 3. 葡甘聚糖与卡拉胶共混作用的研究 利用Hyperchem7.0分子结构计算软件运用分子动力学方法、DSC、红外光谱技术,研究了葡甘聚糖与卡拉胶的微观结构及作用过程,揭示了性能变化的结构原因和分子之间的作用位点。得出了以下结论:葡甘聚糖同卡拉胶共混后通过分子间氢键作用形成了强度高、弹性好的热可逆凝胶。其凝胶强度与单一胶相比较,凝胶特性得到了很大的改善。通过红外光谱可以发现形成复合溶胶后化学基团没有发生本质上的改变,但是氢键缔合作用增强;通过DSC分析可以发现仅出现1个吸热峰,两种生物大分子达到了相容的结果,经过分子动力学模拟表明,与单一体系比较,葡甘聚糖与卡拉胶共混时稳定性提高,分子间氢键作用力明显增强,主要的作用位点是葡甘聚糖的上甘露糖的O(2)、O(4)、O(6)、乙酰基位置及卡拉胶上糖环上的 O(6)、硫酸基。
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A description is presented of a time-marking calculation of the unsteady flow generated by the interaction of upstream wakes with a moving blade row. The inviscid equations of motion are solved using a finite volume technique. Wake dissipation is modeled using an artificial viscosity. Predictions are presented for the rotor mid-span section of an axial turbine. Reasonable agreement is found between the predicted and measured unsteady blade surface static pressures and velocities. These and other results confirm that simple theories can be used to explain the phenomena of rotor-stator wake interactions.
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For a typical transonic turbine rotor blade, designed for use with coolant ejection, the trailing edge, or base loss is three to four times the profile boundary layer loss. The base region of such a profile is dominated by viscous effects and it seems essential to attack the problem of loss prediction by solving the compressible Navier-Stokes equations. However, such an approach is inevitably compromised by both numerical accuracy and turbulence modelling constraints. This paper describes a Navier-Stokes solver written for 2D blade-blade flows and employing a simple two-layer mixing length eddy viscosity model. Then, measured and predicted losses and base pressures are presented for two transonic rotor blades and attempts are made to assess the capabilities of the Navier-Stokes solver and to outline areas for future work.
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A novel pair of the E- and Z-isomeric 1R,4R-2-(4-heptyloxyphenyl)-benzylidene-p-menthan-3-ones has been prepared and the influence of distinctions in their molecular geometry on macroscopic properties of liquid crystal systems with the induced supra-molecular helical structure has been studied. The significantly lower helical twisting power of the chiral Z-isomer in comparison with that of E- one has been confirmed in the case of induced cholesteric systems based on 4-pentyl-4-cyanobiphenyl. The phase behavior and ferroelectric characteristics have been investigated for smectic-C* compositions based on the eutectic mixture of the homological 4-hexyloxyphenyl-4'-hexyloxy- and 4-hexyloxyphenyl-4'-octyloxybenzoates containing the novel isomeric chiral dopants. The spontaneous polarisation of the opposite signs induced by the isomeric chiral components has been revealed for the compositions studied. Distinctions in phase states, absolute values of the spontaneous polarization, smectic tilt angle and rotation viscosity of the systems obtained are discussed.
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Some 1R,4R-2-(4-phenylbenzylidene)-p-menthane-3-one derivatives containing the ether or ester linking group between benzene rings of the arylidene fragment have been studied as chiral dopants in ferroelectric liquid crystal systems based on the eutectic mixture (1:1) of two phenylbenzoate derivatives CmH2m+1OC6H4COOC6 H4OCnH2n+1 (n = 6; m = 8, 10). The ferroelectric properties of these compositions (spontaneous polarization, rotation viscosity, smectic tilt angle as well as quantitative characteristics of their concentration dependences) were compared with those for systems including chiral dopants containing no linking group. Ferroelectric parameters of the induced ferroelectric compositions studied have been shown to depend essentially on the presence of the linking group between benzene rings and its nature as well as on the number of the benzene rings in the rigid molecular core of the chiral dopants used. For all ferroelectric liquid crystal systems studied, the influence of the chiral dopants on the thermal stability of N*, SmA and SmC* mesophases has been quantified. The influence of the linking group nature in the dopant molecules on the characteristics of the systems studied is discussed taking into account results of the conformational analysis carried out by the semi-empirical AM1 and PM3 methods.
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A one-dimensional ring-pack lubrication model developed at MIT is applied to simulate the oil film behavior during the warm-up period of a Kohler spark ignition engine [1]. This is done by making assumptions for the evolution of the oil temperatures during warm-up and that the oil control ring during downstrokes is fully flooded. The ring-pack lubrication model includes features such as three different lubrication regimes, i.e. pure hydrodynamic lubrication, boundary lubrication and pure asperity contact, non-steady wetting of both inlet and outlet of the piston ring, capability to use all ring face profiles that can be approximated by piece-wise polynomials and, finally, the ability to model the rheology of multi-grade oils. Not surprisingly, the simulations show that by far the most important parameter is the temperature dependence of the oil viscosity. This dependence is subsequently examined further by choosing different oils. The baseline oil is SAE 10W30 and results are compared to those using the SAE 30 and the SAE 10W50 oils.
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In a chiral nematic liquid crystal, the flexoelectric effect consists of a fast and linear coupling with an applied electric field. One difficulty to overcome is the unwinding of the helix that occurs at higher fields due to dielectric coupling. The use of bimesogens, which possess very low molecular dielectric anisotropy can improve flexoelectric characteristics. New bimesogen compounds have recently been synthesised that exhibit switching angles of 45° for applied fields of about 9 V.μm-1. In this paper, results from dielectric, electro-optic and dynamic light scattering measurements are reported for the new bimesogenic mixture. The dielectric anisotropy Δε changes sign with temperature and its values range between -0.2 and 0.3 for the temperature range studied. For Δε weakly positive, no electric field Freedericksz transition could be induced but Williams domains are observed instead. The large decrease in the bend elastic constant to viscosity coefficient ratio is attributed to a large increase in the bend viscosity coefficient. © 2001 OPA (Overseas Publishers Association) N.V. Published by license under the Gordon and Breach Science Publishers imprint, a member of the Taylor & Francis Group.