纤维悬浮液搅拌流动的数值模拟

由于缺乏适当的本构方程，对纤维悬浮液流动的研究一直局限于纤维的牛顿流体悬浮液。本文采用ＭＵＣＭ模型对作者最近提出的纤维Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ流体悬浮液的本构方程作了改进，并对锚式桨搅拌槽的二维Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ流体和牛顿流体纤维悬浮液搅拌流动作了数值模拟。模拟的结果表明，本文所用的模型和方法能有效地抑制过大局部应力的影响并合理地处理流体的记忆效应。     

弹道明胶老化初级阶段的模型

用流变震荡模式研究了10 wt%浓度的弹道明胶在冷却和等温下的老化行为.对明胶从sol-gel点冷却到某个目标温度的过程,通过不同冷却速率的实验,建了一个弹性模量与温度的线性关系.不同温度下明胶的等温老化实验表明,弹性模量-时间曲线具有相似的形状.依据Normand提出的二级反应动力学模型,引入一个表征明胶老化行为的速率常数,构建了一个预测弹道明胶在老化初级阶段的弹性模量演化的模型.该模型中模量-温度关系在初始和无穷大时是直线,其他模量-温度线是近似直线,并交于sol-gel点.老化速率常数和过冷度之间符合Flory-Weaver方程.对弹性模量和老化时间进行归一化处理,可将不同温度下的老化曲线叠加成一条主曲线.     

扭管混合实验研究

本文通过实验研究扭管中的混沌现象,用烟气显示扭管截面上的混沌对流图像并和数值结果比较,分析其中的马蹄形映及其对流体混合的作用。结果表明,在实际的扭管流动中,由于在管截面上出现马蹄形映射（混沌）,使得其中的流体受到剧烈的拉伸的折叠,实现高效的混合操作。     

空气在二甲基硅油和液压油中的溶解度

对于诸多工程运用场合, 获得空气在硅油以及液压油中溶解度可靠的数据至关重要. 针对已有测量装置及方法的不足, 建立了一种基于理想气体状态方程来确定气体溶解量的新型精密活塞式装置. 获得了温度为293.2及353.2 K, 压力在0-350 kPa范围内, 空气在500cSt 二甲基硅油中的本生溶解度表达式. 测量了298.2 K时20cSt二甲基硅油及国产32#抗磨液压油在多种气相压力下的本生溶解度. 精度及可靠性分析表明实验数据的误差范围为6%. 本生溶解度与气相压力呈较好的线性关系, 以摩尔分数表示的溶解度与压力呈非线性关系, 但可用Krichevsky-Ilinskaya方程拟合. 发现空气在相对分子质量差异很大的两种二甲基硅油中的本生溶解度很接近, 由此提出, 对于小分子的非极性溶质在聚合物溶剂中的溶解度, 用聚合物单体的摩尔数而不是聚合物分子摩尔数来表示摩尔浓度更有利于实验数据的外推和工程应用. 对于相对分子质量差别较大或无法确定相对分子质量的溶剂, 工程应用中适宜采用本生溶解度.     

利用真实气体效应提高激波阶跃压力

在本文中提出了在激波管中,利用真实气体效应来提高激波阶跃压力的新方法,该方法对获得阶跃特性好的高阶跃压力(例如,动压标定等)是非常好。它是借助在高压下计及分子之间作用力、分子体积效应和激励效应而获得压力增益。经分析和试验表明,该方法得到.阶跃压力是比理想气体高出30％,该方法在国内外尚未进行系统研究,是一个有发展前途的方法。     

Solution behavior of the falling sphere problem in viscoelastic flows

Thehp-finite element method and pseudo arc-length method are combined to track solution behavior of the steady flow of a sphere falling in a tube filled with viscoelastic fluids. The computations is proved to be convergent and stable by a posteriori error analyses; the solutions smooth and with extremely steep stress gradient are obtained by using appropriate high-order interpolation distributions. The commonly used drag coefficient is proved not a reliable indicator for the approximation error. The solution curves of the upper convected Maxwell (UCM) and the Oldroyd-B fluids clearly indicate that there exist limiting points, parameterized by the Deborah number, where the magnitude of the solutions and the axial normal stress gradients behind the rear stagnation rise up rapidly, maybe go to infinity. The limiting points can be simply removed by employing the modified Chilcott and Rallison (MCR) fluid, which replaces the infinitely extendable, linear Gaussian chain with the finitely extendable nonlinear elastic spring (the FENE chain). Therefore the limiting behavior is caused by the physical model; it is not a numerical artifact. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (20274041) and the Cooperative Research Center for Polymers, Australia     

剪切流场诱导iPP等温结晶行为的研究

利用流变学方法研究了剪切诱导等规聚丙烯(iPP)的等温结晶行为.在稳态剪切流场作用下,结晶初期的法向压应力和粘度基本为一定值,一定时间后,会出现增大并迅速上升的现象.在高剪切速率下,与粘度相比较,法向压应力突变的时间要早;剪切速率减小,二者趋于一致;当剪切速率很低时,法向压应力的值很小且超出了仪器的量程,只有粘度的值是可信的.针对该现象提出了一种新的结晶速率表征法,即利用法向压应力和粘度二者中较早的突变时间表征结晶诱导时间(ton).诱导应变γ=.γ.ton,q是决定剪切影响结晶行为的一个无量纲参数,可以将不同温度下的结晶诱导时间曲线组合成一条主曲线.     

挤出胀大流动的有限元方法研究

本文对Luo-Tanner提出的流线有限元作了重要的改进,提出了沿通过单元高斯点的流线积分本构方程的方法,迴避了速度梯度在单元边界上间断和出口处应力奇点的困难,同时减少了计算量,对比计算表明,采用压力不连续单元来加强不可压缩性限制能使计算质量和收敛性都得到显著的提高,对Maxwell流体的轴对称挤出胀大流动在Weissenberg数1.2下获得了合理的收敛解。     

流体混沌混合过程的可视化方法研究

为解决流体混沌混合的可视化问题，本文提出采用逆向庞加莱胞映射方法，来控制混沌系统数值模拟过程中的初始误差敏感，用插值胞映射的方法，来提高模拟效率。并用这一方法，成功地实现了扭转弯管中的混沌混合过程的计算机动画模拟，研究表明，本文所提出的逆向庞加莱胞映射和插值映射相结合，可以大幅度提高模拟精度和与速度，从而实现流体混沌混合的过程模拟。     

聚合物熔体壁面滑移的流变研究

用平行板流变仪研究了聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)、 高密度聚乙烯(HDPE)及聚丙烯(PP)的壁面滑移, 考察了应力/应变数据对平行板的间距依赖性. 稳态剪切流实验结果表明, 相对于HDPE, PMVS的滑移似乎没有临界剪切应力. 动态剪切实验结果表明, 在不同的间距下, 随着应变增大, 剪切应力数据在小振幅和非线性区前期重合, 然后在某一应变处发生分叉, 即剪切应力依赖于间距, 说明发生了壁面滑移或应变不均匀. 按照Cho等提出的应力分解方法, 在分叉点将剪切应力分解为弹性应力和粘性应力后, 考察了影响壁面滑移发生的可能因素. 发现对于4种聚合物熔体, 当发生壁面滑移或应变不均匀现象时, 存在一个无量纲参数τ'max/|G*|, 即最大弹性应力与线性区复数模量的比值在0.26~0.49范围内变化. 在此范围内, 该参数随角频率的增加而缓慢下降, 而且在较大的温度范围内几乎不依赖于温度. 因而弹性应力是导致聚合物熔体壁面滑移或应变不均匀的关键因素.