精确计算Bingham流体圆管层流压降及速度分布规律的新方法

Bingham(宾汉)模型情况下,多采用通用公式进行圆管层流压降的解析计算,即将Bingham模型本构方程代入粘性流体圆管层流流动通用公式进行计算,仅能得到压降的解析解.新方法结合Bingham流体本构方程与运动方程,建立有关力学平衡方程,并运用代数方程的根式解理论对圆管层流流动时的非线性方程进行求解,可直接求得Bingham流体圆管层流压降及速度流核区半径的解析解,进一步可求得圆管层流速度解析解;Bingham流体圆管层流速度的直接影响因素为流量、塑性粘度和屈服值,研究发现速度流核宽度与屈服值成正比,与流量及塑性粘度成反比,且流核的宽度越大,流核区的速度越小.     

双筒流变仪中广义二阶流体运动分析

将分数阶导数运算引入二阶流体本构方程,研究双筒流交仪中的流动特征.先求山了1/2阶导数情况下的解析解.用以验证Laplace数值反演的Crump方法的有效性,然后用Crump方法分析这种环管旋转流动 结果表明粘弹性特征越明显的流体,其速度与应力对分数导数的阶数越具有敏感性.另外,引入Crump数值反演法,成功地分析了所提出的问题.给二阶流体的实验测试工作提供了解析模型和分析手段.     

广义二阶流体管内轴向流动

在流体的本构关系中引入分数阶导数运算，对于介于粘性与弹性之间的流体的描述更具有合理性。本文将这种关系引入二阶流体，研究其管内轴向流动。我们先求出了１／２阶导数的解析解，用以验证Ｌａｐｌａｃｅ数值反演的ＣＲＵＭＰ方法的有效性。然后用ＣＲＵＭＰ法分析二阶流体管内轴向流动的特征。分析表明粘弹性特征越明显的流体，其速度与应力对分数导数的阶数越具有敏感性。     

应用分数阶导数模拟桩屏障对粘弹性SH波的隔离

从粘弹性体波的三维分数阶本构方程出发,分析了软粘土中粘弹性P波和S波的频散效应,对比研究了非连续刚性桩和弹性桩对粘弹性SH波的隔离效果.利用有限差分法,分别模拟了不同桩间距与桩直径比、不同分数阶阶数及入射频率下振幅衰减系数的变化规律,并对比分析了刚性桩和弹性桩的隔震效果.数值实验表明,桩间距与桩直径比值越小,分数阶阶数越大,刚性桩隔震效果越好.对于某些特定的隔震区域,分数阶阶数越小,弹性桩隔震效果越好.     

不对称柔性壁管道内幂律流体蠕动传输的精确解

在不对称管道内,研究了壁面柔曲性对非Newton流体蠕动流的影响.流变学性质由幂律流体本构方程表征.在数学表达中,采用了长波和低Reynolds数近似.得到了流函数和速度的精确解.给出了流线图及其俘获现象.对所讨论的流动,陈列了关键参数的显著特征,并最后给出了主要结论.     

双筒流变仪中粘弹性流体的解析解及运动特性分析

求得二阶流体和Maxwell流体在环管内不定常旋转运动问题的解析解.据此可以分析环管内旋转速度和切应力分布与变化特征.流体的物性常数、管道环隙大小等参数在解析公式中有明确反映,便于分析与讨论.本解可以用来分析类似的工程流动问题,尤其更具有针对性的是分析双筒流变仪中流动特征与应力状态,确定材料的粘弹性参数.通过计算,发现当外筒作简谐振动时,Maxwell流的速度和切应力变化曲线上有突变结,突变结上振幅和相位都发生突变.当外筒匀速旋转时,Maxwell流体的速度和切应力变化曲线分别呈斜方波和锯齿波形状.振动周期与材料常数H_a二次曲线相关.     

非Newton流体的物质点法模拟研究

准确模拟非Newton流体的运动特性具有重要的工程意义.物质点法作为一种相对新兴的粒子型算法,其结合了Lagrange算法和Euler算法的双重优势,已广泛有效地应用于各个工程领域.基于物质点法,结合人工状态方程,分析了两种非Newton流体(cross流体和幂律流体)在平板Poiseuille流和Couette流情况下的流动特性.结果表明:对Newton流体,物质点模拟结果与理论值一致;对非Newton流体,物质点法可准确模拟其剪切稀化和剪切稠化现象.表明了物质点法在模拟非Newton流体流动问题时的适用性,拓展了物质点法的应用范围.     

Oldroyd-B流体在孔隙壁面残余油上的作用力分析

为了分析计算粘弹性流体驱替残余油的微尺度力,从水动力学角度探索非牛顿流体的流变特性,选取Oldroyd-B本构方程来模拟粘弹性流体,并结合连续性方程和运动方程得到了粘弹性流体在微孔道中的流动方程,利用边界条件计算得到流动的流场,结合应力张量理论,计算出粘弹性流体作用在残余油上的法向偏应力和水平应力差,计算结果表明:沿流动方向,粘弹性流体的弹性越大,法向偏应力越大;垂直于流动方向,法向偏应力近似对称分布;随着粘弹性流体的弹性变化,水平应力差的变化趋势发生了变化,威森伯格数We越大,残余油所受的水平应力差先逐渐增加,达到峰值后降低,这种趋势更有利于残余油的变形,为下一步分析残余油的变形,并从主体上分离奠定了基础.     

二阶非牛顿流体环管流动解析解

本文采用积分变换的方法,找到了一类非牛顿流体在环形管道中不定常流动的解析解,并进行了数值计算,详尽分析了非牛顿性系数和其他各参数对二阶流体不定常流动的影响.指出当二阶流体非牛顿系数相同时,环管流与一般管流相比达到稳定的特征时间较短,并且相应的速度分布、平均速度分布的数值均较小,在外半径相同时,环管流内壁的剪应力较之一般管流,其大小随内半径的大小而变,环管流的外壁剪应力总相应地小于内壁剪应力.     

Chebyshev谱方法研究非稳态Maxwell流体在轴向余弦振荡圆柱上的斜驻点流动北大核心CSCD

研究了非稳态Maxwell流体斜撞击轴向余弦振荡圆柱的斜驻点流动.首先,基于斜驻点流动特性,在柱面坐标系下求得关于压力的二阶常微分方程,对压强进行修正,建立了非稳态Maxwell流体在振荡圆柱上斜驻点流动的边界层模型.接着,合理的相似变换将模型转化,使用Chebyshev谱方法求得模型的数值解.结果表明,在贴近圆柱表面的流体随着圆柱体做周期性运动;圆柱的曲率越大越会使在同一时刻同一位置处的流体质点的速度越大;相反,非稳态参数及流体的记忆特性也会在更靠近圆柱壁面处阻碍流体流动.     

主动脉弓及分支血管内非稳态血流分析

运用流体力学中的三维非定常Navier-Stokes方程作为血液流动的控制方程,并采用计算流体力学方法对人体主动脉弓及分支血管内非Newton(牛顿)血液黏度模型下血流进行瞬态数值模拟.分析了一个心动周期内不同时刻血流动力学特征参数的分布对动脉粥样硬化斑块形成的影响,并与Newton血液黏度模型下的血管壁面压力和壁面切应力特征参数进行对比.结果表明:与Newton血液模型相比,非Newton血液模型下血流分布更符合真实血流特性;在心动收缩期,分支血管外侧壁附近存在面积较大的低速涡流区,该区域内血管壁面压力与壁面切应力具有较大的变化量,血液中的血小板、脂质和纤维蛋白等易沉积,血管内壁易疲劳损伤并发生血管重构,促使动脉粥样硬化斑块形成;而在心动舒张期,分支血管内血流速度分布均匀,血管壁面压力与壁面切应力变化量较小,血管壁受到较小的应力作用,对动脉粥样硬化斑块形成的作用较小.     

T型微通道内液滴在幂律流体中运动机理的格子Boltzmann方法研究北大核心CSCD

采用非Newton不可压两相流格子Boltzmann模型研究了T型微通道内Newton液滴在非Newton幂律流体中的运动过程.研究了非Newton流体幂律指数n、主管道毛细数Ca、两相流量比Q、两相黏度比M以及主管道壁面润湿性θ对液滴在T型微通道内的形成尺寸、形成时间和变形参数(DI)的影响.研究结果表明:首先,主管道流体幂律指数n从0.4增加到1.6时,液滴的形成尺寸近似呈线性减小,而液滴的形成时间和变形参数先快速减小,然后缓慢减小;其次,黏度比对液滴形成尺寸、液滴形成以及变形参数的影响与幂律指数的影响基本一致;再者,随着Ca和主管道壁面润湿性的增加,形成液滴的尺寸近似呈线性减小,形成液滴的时间和变形参数先快速减小然后缓慢减小,且减小趋势随幂律指数的增加而减缓;最后,研究结果还表明主管道和子管道的流量比Q越大,液滴形成时间越长,液滴形成尺寸和变形参数越小.     

一种适用于缝洞油藏的流动单元划分方法

缝洞型油藏储集体空间尺度差异巨大且随机分布,导致其流动规律复杂多样.因此,基于流体在储集体中的流动规律重新划分具有开发意义的储集体类型,并对流动规律进行了实验验证;结合地质模型标定了不同流动类型的流动物性界限;将塔河油田S48区划分为4大类和10亚类流动单元.研究结果表明:缝洞油藏储集体类型包括流动规律为管流的未充填或垮塌充填大型洞群,流动规律为高速非达西流的疏松充填大型溶洞、大尺度裂缝与溶蚀孔洞系统,以及流动规律为达西流的小尺度裂缝网络与小尺度孔隙;依据缝洞油藏中流体不同的流动类型,共划分出四大类流动单元;提出动态综合系数并作为Ⅰ亚类流动单元的划分参数,并以某一井组为例将其划分为四亚类,动态综合系数越大,流动单元的流动能力越强;类推出第一非达西流动系数(S_1)和第二非达西流动系数(S_2)作为Ⅱ亚类流动单元的划分参数,并以某一井组为例将其划分为三亚类,两个非达西流动系数越大,流动单元的流动能力越强;利用SMLP法,以某井生产层段为例将Ⅲ类流动单元划分为三亚类,曲线斜率越大,流动单元的流动能力越强.     

微小通道内空气流动特性实验研究

研究了空气在不同压比条件下,在内径分别为0.4 mm和0.5 mm的微圆直管内的流动特性.研究表明空气流过微圆管的阻力系数是常规管道的4至5倍,且存在层流状态提前过渡到湍流状态的提前转捩现象.微圆管管径越小,管内流动压力损失越大.     

环空管内粘弹性流体不定常旋转流的解及流动特性分析

本文用Hankel积分变换法分别求得二阶流体和Maxwell流体在环管内不定常旋转流运动方程的解析解,据此可以分析环管内旋转速度和切应力的分布与变化特征;流体物性参数、管道环隙大小等参量在解析公式中有明确反映,便于定性分析和讨论,本解可以为钻探工程和高分子加工工艺的设计提供理论依据,另外还可用来分析双筒粘度计的流动状态和应力特征,拟合曲线,确定材料的粘弹性参数,在对这种流体进行特性分析时,我们发现,Maxwell流体的旋转流动在起动初期表现为方波振荡,振动的幅度和周期随Ha(物质常数)的增大而增大,此种现象还是首次发现,可能对实际应用有一定的意义。     

血液流动模拟方法对比分析

对现有主要血液流动模拟方法进行了对比研究.以单个直血管为研究对象,分别用牛顿单相流模型、非牛顿单相流模型、液固两相流剪切稀化模型、液固两相流颗粒动力学模型和血液两相流修正模型计算了血液流场,然后对比了五种模型模拟得到的血液动力学参数:血液流速、红细胞体积分数、流体粘度和壁面剪切应力.结果表明:血液组成和粘度方程的选择对血液速度场计算结果有明显影响;流体本构方程和升力公式对壁面剪切应力计算结果均有明显影响;液固两相流颗粒动力学模型计算得到的血液粘度远偏离正常的血液粘度,模型不适用于模拟稳态血液流动;血液两相流修正模型可以较准确模拟红细胞在血管内的径向分布及其影响.研究结果可为今后相关研究中血液模拟方法的选择提供指导.     

流变学流体的蠕动传输:食道中食物块的运动模型

研究食道中蠕动传输的流体力学.对任意的波形和任意的管道长度,建立起流变学流体蠕动传输的数学模型.用粘性流体的Ostwald-de Waele幂定律,描述非Newton流体的流动特性.解析公式化模型,详细且精确地给出食物块在食道中蠕动传输相关的一些重要性质.分析中应用了润滑理论,本研究特别适合于Reynolds数不大的情况.将食道看作环形的管道,通过食道壁周期性的收缩来传输食物块.就单个波和周期性收缩一组波的传播,研究与传输过程有关变量的变化,如压力、流速、食物颗粒轨迹以及流量等.局部压力的变化,对流变指数n有着高度的敏感性.研究结果清晰地表明,食物块在食道中蠕动传输时,Newton流体或流变学流体构成的连续流体,以组合波传播比大间隔单波传播,传输效率要高得多.     

一种非矩形平行平板流动腔的定常流分析

高度远小于横向和纵向几何尺寸的平行平板流动腔是当前用以体外研究细胞力学行为的主要工具之一·人们常用的是上下两平行平板是矩形边界的流动腔·这种流动腔内（除入口端和出口端的邻近区域外）的流场是均匀的［１］，因而每次实验只能观测底部培养细胞受一种切应力值的影响情况·本文提出一种上下两平行平板不是矩形的平行平板流动腔·通过对腔内流体作定常流动的流场进行详细分析，给出了流动腔内流速和腔底切应力值的分布·结果发现，利用这种非矩形平行平板流动腔可以同时研究底部培养细胞在多种切应力值下的力学行为·本文理论结果与超声多普勒技术检测流速的实验结果吻合得相当好·     

双向流固耦合作用下狭窄左冠状动脉内两相血流分析

基于血流与血管壁间双向流固耦合作用,将血液设为两相流体,运用计算流体力学方法对左冠状动脉内血流进行瞬态数值模拟.研究了一个心动周期内典型时刻下左冠状动脉内血流分布特性,并与Newton(牛顿)血液和两相血液模型对比,分析了两相血液和流固耦合作用对血流特性的影响.结果表明,左冠状动脉左回旋支远段和钝缘支近心端外侧分布了低速涡流区,该区域内壁面切应力和红细胞体积分数均较小,为动脉粥样硬化的形成与发展提供了合适的生理环境.左冠状动脉分叉处管壁形变量较大,引起管壁内膜功能发生紊乱,促进了粥样硬化斑块的形成.3种血液模型对比可知,红细胞的流动特性对血流速度及壁面切应力等血流动力学特性影响较大,双向流固耦合模型更符合真实的血液流动情况.     

感应磁场对竖直对称管道中Johnson-Segalman流体蠕动流的影响

研究了热传导和感应磁场,对Johnson-Segalman流体蠕动流的影响.目的是研究感应磁场对非Newton流体蠕动流的影响.在长波和低Reynolds数假设下,被简化为一组二维的Johnson-Segalman流体的流动方程.采用常规的摄动方法,求得流函数、磁力函数和轴向压力梯度的解.对不同的参数,绘出了压力增量、温度、感应磁场、压力梯度和流函数表达式的简图并给出解释.