粘弹性流体的阻力规律

本文在作者以前研究成果的基础上,通过对紊动出现机率和壁面绕流结构的考虑,得到了含有聚合物的粘弹性流的减阻参数,导出了这种流体在层流、层流向紊流的过渡和紊流状态下包括光滑区、过渡区和粗糙区在内的时均流速分布的统一公式,从而明确了其阻力系数的总规律,并得到了现有试验资料的全面验证.     

明渠和管道中层流和紊流的总规律

本文研究了明渠和管道水流从层流向紊流的过渡状态及其结构,通过统计分析得出了层流和紊流的发生机率。在作者以前获得的紊流各流区统一规律的基础上,考虑到上述机率分布,导出了适用于从层流到紊流全部流区的时均流速分布的统一公式和阻力系数的统一公式。所有理论结果均得到了试验资料的证实,从而使明渠和管道水流的总规律得到了理论上的全面概括。     

明渠和管道紊流结构

本文对紊动机理进行了分析.建立了一个随机模型.以确定雷诺应力.并着重讨论了二元光滑明渠和管道中的紊流规律.由于同时考虑了雷诺应力和粘滞应力,导出了包括边界层在内的时均流速和脉动流速分布公式.通过对壁面绕流情况的分析,获得了包括光滑区、过渡区和阻力平方区在内的时均流速分布的统一公式和阻力系数的统一公式,所有这些均与试验资料一致.     

光滑壁面明渠均匀紊流水力特性

水流进入光滑壁面明渠后,沿水流方向历经层流边界层,转捩区,紊流边界层,充分发展紊流边界层及明渠均勻紊流等流动区域。明渠均匀紊流中流动的时均及紊动特性均不再沿程变化。光滑壁面明渠均勻紊流中,沿水深方向流动具有明显的分区结构。本文给出了分区界限及各分区中时均流速分布公式及脉动流速的特征。本文提出当明渠的宽深比W/H大于10时方可将中心区流动视为二维流动,并给出了断面平均流速及阻力系数的计算公式。     

异重流泥沙淤积的分析

本文探讨了河道低浓度浑水在人工运河或引航道进口形成异重流后,其流速和含沙量沿程衰减的规律.根据实验和原型观测,异重流在沉淀过程中分离出清水,通过清浑水交界面而进入上层清水层.考虑清水垂向流速对异重流运动的影响,建立了一个异重流沉淀模型.分别导出异重流平均流速和平均含沙量沿程变化公式.并求得引航道口门起始断面的异重流流速公式. 利用本文分析结果.可实际估算异重流淤积量的沿程分布.     

高含沙水流的水流结构及运动机理

本文在室内水槽试验和天然河流资料分析的基础上,对含有一定细颗粒泥沙(d₅₀<0.01mm)的高含沙水流进行了分析研究.对高含沙水流的类型、宾汉切应力τ_B和刚性系数η的性质、流核与非流核区的水流运动机理和切力分布等都提出了作者的见解,对二维恒定均匀紊流的高含沙水流的流速分布提出了计算公式,公式既适用于高含沙宾汉流体,也适用于清水和高含沙牛顿流体.     

幂律非线性粘弹性材料中的裂纹扩展*

对蠕变不可压幂律非线性粘弹性材料中裂纹的蠕变扩展进行了分析,为描述银纹带中的力学行为,假设在裂纹尖端邻域中断裂过程区中分布着阻抗裂纹张开的粘聚应力б_f,.通过对均匀应力参考状态平凡解的摄动,将非线性粘弹性问题化成线性问题处理.对于幂指数.n≌1的弱非线性情况得到了应力与位移表达式.提出断裂过程区局域能量判据,导出了裂纹孕育时间t*与蠕变扩展率a的预测公式.     

地下水在粘弹性含水层系中不定常渗流

本文研究了地下水在粘弹性含水层系中不定常渗流动态。在前人工作的基础上导出了新的微分-积分方程组。已知的微分方程组是它的特殊情况。新的线性微分-积分方程组描写了弱压缩流体在粘弹性含水层系中流动。用Laplace变换的方法求得了微分-积分方程组的解析解。粘弹性增加了含水层系的非均质性,即具有延迟和补给的性质。数值反演解和解析解符合得较好。它们给出了地下水在这种非均质含水层系中水位变化动态。     

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.     

伴随层流-紊流交替的管流水击衰减特性分析

为了模拟低流速情况下的流态转换和水击波的实际衰减过程,针对管流瞬时流速接近临界流速而导致的层流-紊流交替出现的情况,分别将层流摩阻损失公式和紊流摩阻损失公式引入到传统的特征线法瞬变计算模型,建立改进后的瞬变模拟复合数学模型．通过数值方法对伴随层-紊流交替情况下的水击全过程进行模拟得到关阀瞬变的压力波动时程,与传统瞬变模型计算结果相比,该波动过程线具有更快的衰减速度．结果分析表明,瞬变波的衰减过程实质是弹性波的能量衰减过程,摩阻损失是导致瞬变波衰减的直接原因,当流速较大时,能量消散以紊流摩阻为主,当流速较小时,能量消散以层流摩阻为主．对于瞬变波衰减的模拟,考虑层流区的实际摩阻损失后的衰减速度比传统水击模型计算的衰减速度快,因此,在瞬变波衰减的模拟中必须充分考虑层流摩阻的效应．     

粘弹性流体流经竖直表面时的瞬时自然对流

静止流体中,在一个竖直的、不可渗透的等温表面附近,研究粘弹性边界层的流动及其热传导.得到其控制方程,并利用MackCormak技术对其进行数值求解.与先前发表的关于该问题特例的结果相比较,有着很好的一致性.对于不同的粘弹性参数值,图示了速度和温度分布、边界层厚度、Nusselt数、局部摩擦因数等典型结果.一般而言,粘弹性流体与Newton流体相比较,由于拉应力的促进作用,流体动力边界层里的速度是增加的,热边界层里的温度是下降的.粘弹性参数值越高,摩擦因数和传热系数越高.     

空间分数阶非Newton流体本构及圆管流动规律研究

对非Newton流体的本构及流动规律进行研究是分析、预测和控制非Newton流体在管道中流动的关键.实验表明非Newton流体在流动过程中具有历史记忆性,基于空间分数阶微积分方法,建立了分数阶非Newton流体本构模型;并推导了该模型在圆管中的流速分布、流量、平均流速、压降、平均Reynolds数等管道流动参数;提出了分数阶非Newton流体圆管流态判别准则.研究表明非Newton流体的圆管流层间的切应力可以通过流速的轴向分布大小来描述.对于不含屈服切应力的分数阶非Newton流体,分数阶的阶数越大,断面流速分布越均匀,记忆能力越强.分数阶的阶数大小反映了流体对全域空间的记忆性强弱;而对于含有屈服切应力的分数阶非Newton流体,分数阶的阶数越大,速梯区流速分布越均匀,流核区速度越小.分数阶的阶数大小反映了局部空间记忆性强弱.该研究为非Newton流体的记忆特征提供了一种新的建模方法.     

输流粘弹性曲管的稳定性分析

根据变质量弹性系统Hamilton原理,用变分法建立了输流粘弹性曲管的运动微分方程,并用归一化幂级数法导出了输流粘弹性曲管的复特征方程组．以两端固支Kelvin-Voigt模型粘弹性输流圆管为例,分析了无量纲延滞时间和质量比对输流管道无量纲复频率和无量纲流速之间的变化关系的影响．在无量纲延滞时间较大时,粘弹性输流圆管的特点是它的第1、2、3阶模态不再耦合,而是在第1、第2阶上先发散失稳,然后在1阶模态上再发生单一模态颤振．     

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。     

浮运沉井施工期三维冲刷的数值模拟

研究了天然水沙条件下,变密度紊流在一般曲线坐标系中的基本方程和边界条件;运用三维有限分析法的新27点格式和不均匀床沙的起动流速公式,计算了浮运沉井施工期河床的冲刷情况。计算表明,以上方法在水沙两相流局部边界复杂的三维计算中具有较好的精度和适应性.     

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.     

在有一级化学反应时粘弹性流体流经无限竖直多孔平板时的边界层流动

在有一级化学反应时,研究不可压缩的粘弹性流体,在竖直多孔连续运动平板上的不稳定自然对流.控制方程用隐式有限差分法进行数值求解.与解析解的结果比较,证明所选用的数值方法有效.详细图示了速度分布的数值结果.研究了粘弹性参数、无量纲化学反应参数和平板运动速度,对稳定的速度分布、与时间相关的摩擦因数、Nusselt数和Sherwood数的影响.     

两阶段休假M/M/c排队驱动的流体模型性能分析

基于太阳能LED路灯照明控制系统的运行机制,本文构建并分析了同时具有休假和工作休假两种休假策略的M/M/c排队驱动的流体模型.运用拟生灭过程和矩阵几何解法导出驱动系统的稳态队长分布.建立流体模型净输入率结构,得到流体模型稳态联合分布函数满足的矩阵微分方程组,运用Lapalce-Stieltjes变换导出稳态下缓冲器中流...     

部分植被化矩形河槽紊流时均流速分布分析解

研究了部分植被化矩形河槽紊流的水深平均流速分布．植被被视为不可移动的刚性多孔介质,植被对水流的阻力以多孔介质理论加以考虑,并综合考虑部分植被存在时矩形河槽紊动水流二次流的作用,建立了紊流动量方程．针对恒定均匀流的特点,对动量方程进行了简化,沿水深方向积分并引入参考量,形成无量纲形式的基于多孔介质理论紊动水流控制方程,进而对其求解给出了水深平均纵向时均流速分布的分析解．研究表明,在不同水流条件下的二次流强度系数具有相同的数量级．为验证分析解的正确性,在实验室采用MicoADV测量了部分植被化矩形河槽水流的流速分布．数值解与实验资料和日本学者的相关实验资料的对比表明,该方法可以准确预测部分植被化矩形河槽紊流水流的水深平均流速分布．     

粘弹性流体在渐缩毛管中渗流规律研究

驱油用聚合物溶液是粘弹性流体,当其在多孔介质中流动时由于拉伸变形会产生额外耗散,因此拉伸压降是不可忽略的.将Binding等人通过机械能平衡原理和最小能量原理建立的非牛顿流体入口收敛流动理论推广应用于渐缩毛管,并以幂指数关系表征剪切粘度与剪切速率关系、第一法向应力差与剪切速率关系、拉伸粘度与拉伸速率关系,从而建立了适用于描述粘弹性流体流动特性的渗流模型,分析了粘弹性流体在渐缩毛管中的渗流规律,利用建立的模型可以准确反映粘弹流体的渗流特性.