导读:本文包含了粘弹性流体论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:粘弹性,流体,湍流,多孔,网格,数值,介质。
粘弹性流体论文文献综述
张梦[1]（2019）在《微尺度下外部激励对粘弹性流体拉伸流动弹性不稳定性的影响研究》一文中研究指出微流控技术广泛用于化学、医疗以及生命科学等交叉学科中。微流体作为运输介质多数为非牛顿流体,如用于生物实验的组织体液和化学反应中的高分子聚合物溶液等。高分子聚丙烯酰胺水溶液作为粘弹性流体的典型代表可表现出与牛顿流体完全不同的流动特性。在微尺度下由于其内部显着的弹性应力,在外部激励或流体拉伸作用下呈现出特有的弹性不稳定性,如随时间波动或流场的空间对称破缺等特征。因此,研究粘弹性流体在微尺度下的不稳定现象有实际的应用意义并为解决微尺度下弹性作用等基础物理问题提供实验依据。通过实验观察流场迹线和数值模拟分析的方法,研究分析在不同边界条件下微尺度粘弹性流体的时间不稳定以及空间不稳定现象及规律。首先,为实验测量观察微尺度下粘弹性流体的流动,制备微米级宽度微尺度通道芯片。将传统的光学光刻技术和软材料刻蚀技术相结合,并搭建对流体有效操控的微流控测试系统平台。另外,采用传统旋转流变仪以及微流变学测量方法对实验溶液体系进行表征,包括甘油水溶液和聚丙烯酰胺水溶液。传统流变仪低频的测量结果与微流变学在高频振荡下的模量测量结果互为补充。在传统流变仪测量中,测量流体的速度与压力,分析粘性和弹性等物性参数,并得到聚丙烯酰胺水溶液的剪切稀变和弹性模量等粘弹性流体的特有流变学属性。其次,基于开源软件OpenFOAM在Oldroyd-B模型上建立适用于计算高维森贝格数的粘弹性流体数值求解器,并在该求解器中引入对粘弹性流体的外部驱动力(Body Force)。数值模拟分析了在外部力场的激励下粘弹性流体在泊肃叶流动边界条件中随时间的不稳定响应。通过改变外部力场的幅值、加载时间和波动周期来控制流体的不稳定性并拟合了瞬时速度响应曲线得到各参数关联公式。在恒力作用下粘弹性流体表现为欠阻尼振荡的不稳定性。在卸载力作用下形成的平台效应发生在流体振荡前1/4周期。对不恒定流速的傅里叶变换分析了粘弹性流体在不同激励下的振荡频率。振荡频率与粘弹性流体固有频率相同时可发生谐振,此时速度响应曲线的频谱呈现单一频率,且振幅最高。通过该方法可得到流体固有弹性属性即松弛时间。再次,通过不同的微通道结构设计在实验中实现了粘弹性流体不稳定性的调控。流体在非直线型通道中往往形成具有速度梯度场的拉伸流,并对粘弹性流体中的聚合物产生拉伸和松弛作用,从而诱发流体的弹性不稳定性。研究对比了在标准十字通道、预拉伸十字通道和非对称预拉伸通道中粘弹性流体的不稳定性。实验发现在不同的维森贝格数以及不同对称性的结构中,可以形成对称稳定态、不对称双稳态以及不稳定状态的粘弹性流场。在不同状态中,流场的对称性和流体的流出通道的偏向性发生改变。最后,选用预拉伸以及突扩结构变化的T型拉伸结构结合外部激励周期的调制进行对混合效果的研究,提出衡量混合效果的混合参数的定义和计算方法。结果表明在牛顿流体在频率扰动下抑制混合,粘弹性流体在高频下可以增强混合效果。比较了不同流动边界条件以及T型通道尺寸参数对混合的影响。在标准T型的基础上设计多种模型,对比Neck颈部汇合段长度的影响以及出口混合腔宽度的影响。通过对比发现,经过Neck颈部较长的条件下可以得到更均匀的混合效果,说明该段的预拉伸作用起到了关键影响作用。双侧周期振荡入口受相位差的影响非常大,相位差为π时混合效率最高。综上所述,通过数值计算和实验测量分析粘弹性流体在微尺度下的不稳定现象发生规律,并验证了通过优化微通道结构和改变流体激励,可以灵活调控和促进不稳定现象发生的临界条件。基于不稳定性的调控,可以实现诸如微混合器、存储器和信号传感器等多种微流器件。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
程建平[2]（2019）在《粘弹性流体Rayleigh-Bénard对流和羽流中流动与换热数值模拟研究》一文中研究指出热对流问题在自然界中广泛存在,而且其具有丰富的流动结构和分叉序列,已成为研究流体动力学中流动转捩机理的基本问题。目前,关于粘弹性流体热对流在理论、实验和数值模拟方面均取得了一定的研究成果,然而对于粘弹性流体如何影响流动换热仍然存在分歧,尤其是如何影响热对流的转捩过程和相干结构亟待研究;此外,针对粘弹性流体在热对流中的作用机理,仍然处于推断和假设阶段,还未形成统一的明确理论。本文基于改变流体物性的思想,旨在应用粘弹性流体的弹性效应,探索其如何影响经典的Rayleigh-Bénard热对流(RBC)系统的稳定性和热输运机制以及羽流的流动换热,为今后粘弹性流体热对流系统在实际工程中的应用奠定基础,并提供重要指导。首先,本文基于OpenFOAM平台耦合对数重构法求解变形率张量输运方程,开发了用以稳定求解高Rayleigh数(Ra)高Weissenberg数(Wi)工况的粘弹性流体热对流直接数值模拟的通用求解器。基于该求解器,分别研究了低Ra下粘弹性流体RBC的启动和分叉,以及中等Ra下粘弹性流体RBC的流动换热机理。为了研究粘弹性流体对RBC的启动和分叉的影响,对平行平板内粘弹性流体RBC进行数值模拟研究,结果表明:粘弹性流体弹性和浓度均抑制了RBC的启动,但滞后幅度很小。这是因为低Ra时腔体内速度很小,粘弹性流体分子受流动剪切作用从流动中吸收的能量很小,对流动的反馈非常微弱。随着Ra的增大,流动会从稳定对流向振荡对流转捩。Wi较小时,由于粘弹性流体分子从流动中吸收能量,抑制了腔体内的流动换热,导致临界Ra_(c2)滞后,同时还使得振荡对流的频率和幅值降低。随着Wi的增加,存在一些Wi使得振荡对流被极大抑制,流动出现再层流化现象。当Wi进一步增大,弹性非线性占据主导作用,使得流动状态直接从稳定对流进入不稳定对流,甚至引发行涡现象出现。为了研究粘弹性流体影响RBC中流动和换热的机理,对封闭方腔内粘弹性流体RBC进行数值模拟研究,结果表明:粘弹性流体使其换热恶化,Nusselt数(Nu)最大降低了8.7%,但Nu随Wi呈现先减小后增大的非单调变化现象。大尺度环流的周期和速度边界层厚度随Wi先增大后减小,而动能则随Wi先减小后增大。温度边界层随着Wi增大而变厚,阻碍了壁面附近的热传导,降低腔体内的温度脉动,抑制羽流的生成频率。对脉动湍动能平衡方程各贡献项在边界层内即中心区的分析表明,弹性能贡献项从负值向正值变化即为Nu降低后再增长的内在原因。其次,为了探究粘弹性流体对羽流流动和换热的影响,本文分别从理论分析和数值模拟两方面进行研究。理论分析方面,通过引入单个粘弹性流体分子长链模型,推导了粘弹性流体层羽流的控制方程,求解结果表明粘弹性流体促进层羽流中心区流动而抑制边缘区流动。粘弹性流体的影响可以等效为额外产生了两个时空相关的源项,用以描述粘弹性流体分子与流动之间的相互作用。当Wi大到一定值时,羽流中心区的促进效果消失,这是由分子拉伸和松弛产生的能量交换共同作用后的结果。数值模拟方面,通过在平行平板中给定点热源来生成粘弹性流体单个羽流,模拟结果表明:在当前Wi和拉伸长度L的研究范围内,粘弹性流体使得羽流换热恶化,Nu/Nu_(New)与L~2/Wi满足幂指数关系。速度和温度的分布表明,粘弹性流体羽流上升速度更快,羽流形状更宽,但竖直方向速度u_y~*随Wi和L的增加而减小。粘弹性流体分子在叶柄中跟随羽流流动时,倾向于在上叶柄区释放能量而在其他区域吸收能量,粘弹性流体分子在上叶柄区的表现证实了理论分析中的发现。综上,本文对粘弹性流体如何影响RBC中的启动、振荡以及相干结构有了深刻的认识,多角度解释了粘弹性流体分子与流动之间相互作用的机理。研究成果为粘弹性流体热对流领域的研究填补了空白,同时也有助于加深对粘弹性流体湍流减阻与传热特性的理解,具有重要的学术和实际应用价值。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
赵欢[3]（2019）在《粘弹性流体在双层系统中的双扩散对流线性稳定性研究》一文中研究指出对流稳定性问题在流体力学领域之中是一个既经典又充满活力的研究课题,在气象对流、海洋洋流、污水处理、石油开采和工业物质分离等应用领域都会涉及到这种相关的流体稳定性问题。本文主要是分析在许多工业过程(凝固、过滤、催化反应器等)和自然条件(地热系统、地下水污染等)中经常遇到的纯流体层-饱和多孔介质层组成的双层流体系统模型的对流稳定性问题。主要是研究双层流体系统中粘弹性流体的热盐双扩散对流在有无高频振动重力调制作用两种情况下各系统控制参数如层厚比、热扩散比、盐瑞利数、粘弹性流体的弹性参数和振动参数等对系统发生对流现象时稳定性的影响。本文在具体的分析过程中将高频振动作用合并到静态重力场模拟为高频动态重力场,利用平均法将流体流动相关变量表示为平均分量与脉冲分量的分离形式,分别建立平均分量与脉冲分量的控制方程体系,并利用扰动法线性和无量纲方法建立了系统线性无量纲控制稳定性方程。在系统边界条件方面,与常见的单层流体模型系统的上下边界类似,采用了上下固定温度与浓度边界和上部固定无渗流动与下部光滑无渗流动的边界条件。系统模型主要的分析难点在于中间交界处的温度与浓度、流速的连续性条件、法向应力的平衡条件和切向Beavers-Joseph速度滑移条件等相关的界面处的流体运输问题,并需要将其转化为相关未知量的等式方程。系统无量纲稳定性控制方程的分析可以归结于一个高阶的广义特征值问题。应用Chebyshev谱方法将方程组中各变量进行线性离散,以tau逼近处理较为复杂的边界条件和方程的截断误差,并用D2算子降低变量的阶数,将控制方程组离散为一个高阶的线性广义特征值方程,最后利用QZ分解法求解此高阶特征值方程,并对得到的特征值进行筛选,滤除有关的伪特征值,得到线性稳定性分析中呈现最不稳定的模式对应的主导特征值即本文中的临界Rayleigh数。根据本文的分析结果表明,当系统发生对流现象时,层厚比越小,上部流体层的稳定性越强;热扩散比越大,流体层的稳定性越强,而两者对下部多孔介质层的稳定性强化作用都比较小。当系统发生稳定对流时,系统的盐Rayleigh数越大,整体稳定性越低,但其作用主要体现在下部多孔介质层上。当系统发生振荡对流时,粘弹性流体的应力松弛时间参数的增加对流体稳定性具有削弱的影响,而应变延迟时间参数的增加对稳定性具有强化的作用,且两者的影响作用都体现在上部流体层。对比稳定对流与振荡对流两种情况,系统发生振荡对流现象时其稳定性较稳定对流时的稳定性整体更低。同时各控制参数在改变的过程中,存在系统中性稳定性曲线的最小临界Rayleigh数的转移情况的发生,即双层系统稳定性主导的区域在上部流体层和下部多孔层之间发生转移。而当系统存在重力调制作用时,与无调制时的对流相比,各控制变量对系统稳定性的影响作用类似。高频振动参数对系统稳定性的作用主要体现在强化上部流体层的稳定性。且在其他控制参数变化的过程中,高频振动的存在会放大其对系统的上部流体层稳定性的影响作用。值得注意的是,在适当的系统参数情况下,高频振动参数也会导致中性稳定性曲线的最小临界Rayleigh数的转移,具体的是在高频振动参数增加的过程中,最小临界Rayleigh数可能会由大波数区域向小波数区域转移,系统稳定性主导区域由上部流体层转移到下部多孔层区域。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-25）
刘笑[4]（2019）在《RB-SiC反射镜Si改性层的粘弹性流体超光滑抛光技术研究》一文中研究指出随着航空航天事业的发展,对具有复杂型面的太空望远镜反射镜的面形精度和表面质量要求越来越高,需求量也越来越大。反应烧结碳化硅(RB-SiC)因其优异的物理、化学和机械性能成为大口径反射镜的主要材料之一。由于RB-SiC中硅相和SiC相存在硬度差异,必须对表面进行非晶硅改性后才能通过抛光获得超光滑表面。研究新的超光滑表面抛光方法,解决现有的超光滑表面抛光方法存在的抛光效率低、成本高和表面异常腐蚀等问题,对于大口径RB-SiC反射镜的超精密加工具有重要的意义。本研究提出一种应用新型水性粘弹性抛光流体的内循式超光滑表面抛光方法,基于抛光流体的流变性和壁面滑移特性研究,建立了流体本构方程,优选了流体配方和抛光工艺参数,实现了单晶硅和非晶硅的超光滑表面抛光。研制出了以吸水树脂与增稠剂复配水凝胶为载体的水性粘弹性抛光流体,证明了该抛光流体具有爬杆效应和挤出胀大现象,抛光流体中的磨粒不发生沉降,稳态粘度随着剪切速率先增大后减小;通过观测抛光流体的微观形貌,发现流体表面分布了大量磨粒,内部是叁维网状结构;抛光流体的流变性实验研究发现流体的动态粘弹特性随着吸水树脂浓度的增大而增大,随着磨粒的质量分数增大而增大,随着磨粒的粒径增大而减小。通过Mooney法证明了该抛光流体具有壁面滑移特性,流体的壁面滑移速度随着剪切应力的增大而增大;选用PTT非牛顿流体本构模型,利用流体仿真软件Polymmat拟合了本构模型的系数,建立了水性粘弹性抛光流体的本构方程。利用流体动力学仿真软件Polyflow对抛光流体在抛光盘流道中的流动状态进行了数值仿真研究,分析了不同槽深、不同入口流量及不同壁面滑移条件对抛光流体的压力、壁滑速度、剪切速率的影响,为抛光工艺参数的选择与实验系统的搭建提供依据。研制了内循环式抛光系统。首先对研磨单晶硅表面进行抛光实验研究,获得了槽深、磨料种类、磨料粒径和质量分数对硅片表面粗糙度和材料去除率的影响规律,发现本抛光方法可通过磨粒对硅的塑性域材料去除方式获得光滑表面;对不同初始表面质量的单晶硅片进行了抛光,初始粗糙度Ra约为lOnm的硅片,粗糙度降低到6.18nm;初始粗糙度为约1nm的硅片,保持表面粗糙度基本不变的情况也实现了材料的去除;最后使用含粒径为3μm氧化铝磨料的粘弹性抛光流体对非晶硅改性层进行了抛光,粗糙度Ra由3.12nm降低到1.64nm。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-14）
滕浩,刘难生,陆夕云,Bamin,Khomami[5]（2018）在《粘弹性流体平板Couette湍流的直接数值模拟研究》一文中研究指出本文采用直接数值模拟研究了粘弹性流体平板Couette湍流减阻问题。通过分析粘弹性流体平板Couette湍流的DNS计算结果,重点考察了近壁湍流特性、大尺度湍流结构、聚合物高分子与湍流结构之间的相互作用等。研究发现,平板Couette湍流具有与其他壁湍流(槽道、圆管等)相似的高聚物减阻典型特性和流动机理,如超过30%的湍流减阻、小尺度流向脉动增强而法向和展向脉动减弱、近壁湍流拟序结构强度减弱而尺度增大;不同的是,随着高聚物弹性的增强,大尺度湍流结构对近壁湍流的影响加剧,对湍动能的贡献也显着增大,大/小尺度运动相对强弱的变化也增强了平板Couette湍流的间歇特性;另外,高聚物分子在近壁区流向拉伸剧烈,流动平均动能、湍动能和高聚物弹性能之间的能量交换过程更为活跃。(本文来源于《第十届全国流体力学学术会议论文摘要集》期刊2018-10-25）
尹晨[6]（2018）在《低雷诺数条件下压力驱动的粘弹性流体在流体——多孔介质系统内的热不稳定性分析》一文中研究指出本文主要研究了受压力驱动下一类粘弹性流体在水平流体-多孔介质组成的复杂系统内的热对流稳定性问题。借助粘弹性流体的本构关系,本研究构建粘弹性流体受压力驱动的在流体-多孔介质系统内流动和传热的数学模型,借助线性稳定性分析的方法将该问题简化为一类特征值问题,并使用Chebyshev-tau QZ算法对该问题的特征值进行数值模拟,进而得到了不同情况下该问题的中性曲线和临界瑞利数。研究表明,不同于单一流动情况单模的中性曲线,流体和多孔介质构建的系统中的中性曲线呈现出双模的特性,即随着两层厚度比的变化,系统稳定性可能会由不同的流动层面来主导。压力驱动导致本问题中可能会出现横向模态和纵向模态两种对流现象,本文基于粘弹性流体的特点对两种现象进行了研究。研究发现不同于牛顿流体中总是纵向模态优先发生的结论,在粘弹性流体一定的物理条件和加热模式下横向模态可能会先于纵向模态发生。本文的研究成果可以完善粘弹性流体的理论,细化流体-多孔介质系统的力学模型,并为其在相关工业设计领域的应用提供一定的理论依据和数值结果。(本文来源于《第十届全国流体力学学术会议论文摘要集》期刊2018-10-25）
续焕英,齐海涛[7]（2018）在《粘弹性流体分数阶Maxwell模型及其管内电渗流动研究》一文中研究指出粘弹性流体微流动是微流体力学研究的重点,具有广泛的应用。而考虑到微流体设备通常用来分析生物流体,如血液、DNA溶液等,本文借助人体全血存储和损耗模量实验数据建立分数阶Maxwell模型,极好地拟合了全血实验数据;并以此模型为基础建立压力和电渗驱动下粘弹性流体微流动的力学模型;提出基于时间差分和空间勒让德谱的数值算法,数值模拟矩形微通道内全血的电渗流动;研究在外加电场E(t)=E_0(1+εsinωt)作用下微通道内的脉动电渗流动。研究结果对微通道内粘弹性流体行为的预测以及微流体装置的设计提供有意的参考。(本文来源于《第十届全国流体力学学术会议论文摘要集》期刊2018-10-25）
程建平,唐肇求,陈以铖,张红娜,蔡伟华[8]（2018）在《基于自适应网格的粘弹性流体单个羽流流动与换热特性研究》一文中研究指出本文基于OpenFOAM中的动网格思想,同时结合对数变形率重构方法求解变形率张量方程,开发出一个针对粘弹性流体热对流直接数值模拟的自适应网格求解器。针对粘弹性流体单个羽流,采用FENE-P模型进行了数值模拟,并研究了羽流的动态过程、换热特性以及形态特征。结果表明,粘弹性流体单个羽流稳定态的换热随Wi的增大先增大后减小,初发阶段,Wi越大,羽流上升越快;线性上升阶段,Wi越大,羽流上升越慢。(本文来源于《第十届全国流体力学学术会议论文摘要集》期刊2018-10-25）
王悦[9]（2018）在《粘弹性流体双振荡网格湍流特性实验研究》一文中研究指出粘弹性流体湍流减阻流动是非牛顿流体动力学研究领域的热点问题之一。自Toms发现添加剂湍流减阻现象至今,国内外学者从理论、实验和数值模拟叁方面对这一添加剂湍流减阻技术开展了大量的研究工作,取得了显着的研究进展,如湍流减阻机理、最大减阻率渐近线以及减阻技术的工业应用等。但目前仍存在诸多问题有待解决,如提出更为全面的湍流减阻机理、高雷诺数湍流减阻流动大涡数值模拟方法等。当前,学者们对粘弹性流体湍流减阻领域的关注热点在于具有壁面效应的流动中,如管道、槽道和边界层等。壁面的存在将导致流动的不均匀性,研究粘弹性流体分子微观结构与旋涡结构的相互作用则更为复杂。然而,在无壁面效应的各向同性湍流中,流体粘弹性的存在并未改变流动中的动量输运,但却能影响不同尺度间的能量传递过程。因此,研究粘弹性流体各向同性湍流将对湍流减阻流动特性及机理的认识具有重要的学术价值。本文首先采用了双振荡网格同步相向/反向运动的思想,设计了双振荡网格湍流实验系统,实现了高雷诺数近似各向同性湍流。选取典型的具有粘弹性特性的两类减阻剂水溶液—高聚物和表面活性剂水溶液。采用Kinexus Pro系列旋转流变仪测量了减阻水溶液的剪切粘度特性。结果表明,不同浓度的聚丙烯酰胺(PAM)水溶液和聚氧化乙烯(PEO)水溶液的剪切粘度都存在剪切稀变特性,而表面活性剂十六烷基叁甲基氯化铵/水杨酸钠(CTAC/Na Sal)水溶液的剪切粘度展现出了稀变-增稠-再稀变过程。其次,采用粒子图像测试技术(PIV)开展粘弹性流体双振荡网格湍流实验研究,分析了流动速度场特征以及湍流重要参数(如积分尺度、Taylor微尺度、湍动能等);研究结果表明,流体粘弹性的存在显着地影响上述流动参数。提出了基于湍动能来定义流动减阻率的方式,结果显示:在无壁面效应的双振荡网格湍流中,粘弹性流体流动同样表现出较为显着的减阻效果,并发现在CTAC/Na Sal水溶液工况中存在一临界减阻浓度。从湍动能谱和速度能谱阐述了流体粘弹性对能量输运过程的影响。通过速度偏导数的高阶关联函数分析,发现粘弹性流体抑制了流动中的小尺度间歇性。再次,基于PIV数据库,采用本征正交分解(POD)方法和小波变换方法研究双振荡网格湍流中涡结构的多尺度特性。基于POD分析结果发现,对于粘弹性流体流动工况,仅需少量的POD本征函数即可捕捉流动中的相干结构,这说明流动中的相干结构受到了抑制,展现出较为明显的减阻效果。基于Daubechies小波变换研究不同尺度涡结构特性,结果表明:在同一较小分解尺度上,流体粘弹性的存在显着改变了小尺度涡结构特性;此外,在所有分解尺度上,粘弹性流体对间歇性的贡献要小。最后,从网格振荡频率、溶液浓度、减阻剂种类和网格分形特性四个方面出发,研究其对典型减阻溶液流动中经典Kolmogorov p/3标度律、扩展自相似标度律和层次结构标度律的影响规律。发现上述四个参数均影响了流动中的标度律关系,且所有流动工况中的标度指数均偏离了Kolmogorov p/3标度律,并展现出了奇异特性。此外,分析层次结构标度律中的间歇参数,再次发现流体粘弹性的存在抑制了流动中的间歇特性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-06-01）
黎永耀[10]（2018）在《粘弹性流体微通道内弹性不稳定流动及其强化混合应用研究》一文中研究指出粘弹性流体是一种典型的非牛顿流体,相较于普通牛顿流体,除了粘性外,其独特地具备弹性效应。这种弹性作用使其具有如非零正应力差、额外的弹性非线性作用等特性。其中,弹性非线性作用在微尺度流动中更加显着并可能诱发弹性不稳定流动。粘弹性流体多孔介质孔隙通道内的流动是典型的微尺度流动,这种流动广泛地存在于自然界以及工业生产中,如采油工程、生物工程和化工过滤等。粘弹性流体在多孔介质孔隙通道中可发生不稳定流动。前人采用理论、实验和数值模拟方法对这种流动进行过研究,但受限于实验方法和计算模拟手段,对其不稳定流动特性和机理的研究并不完善深入。同时,利用这种不稳定流动,可以设计简单的微通道实现流动高效混合,其在生物检测、化工合成、量子点生产等方面具有很好的应用潜力。因此,本文将对粘弹性流体二维均质多孔介质内流动开展数值模拟研究,基于其不稳定流动的认识设计一种简单的微通道芯片,实现混合强化,并对其流动混合开展可视化实验和数值模拟研究,探讨粘弹性流体微通道内不稳定流动及其混合强化机理。首先,本文基于Open Foam建立了微通道内粘弹性流体流动及混合数值模拟方法,对二维均质多孔介质孔隙通道内粘弹性流体流动进行直接数值模拟,并分别从瞬态和统计流动特性以及聚合物大分子产生的弹性应力对流动现象影响进行分析,结果发现,粘弹性流体随着韦森贝格数Wi的增大,其流态由层流转变成不稳定流动,并且该不稳定流动由弹性主导,弹性作用于流动中使得粘弹性流体在孔隙微通道内出现与惯性不稳定流动不同的行为。其次,本文基于粘弹性流体在二维均质多孔介质模型内弹性不稳定流动的现象,设计了一种简单的微通道,实现微通道内流动混合强化。同时,结合荧光显微镜和高速相机建立了微通道内流动混合可视化实验系统,并基于该系统对设计的微通道进行流动混合可视化实验。结果表明相较于牛顿流体,粘弹性流体在低Re数下可产生不稳定流动,其混合效率较牛顿流体有显着的增长,最大可达86%。最后,为进一步理解这种不稳定流动及混合强化机理,对该通道内流体流动混合过程进行数值模拟研究。计算结果与实验非常吻合,结果表明,粘弹性流体在微通道内产生了不稳定流动,强烈的对流作用促使流体在流动中混合,实现混合强化,并从能量输运角度对弹性不稳定流动进行机理探究。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-06-01）
粘弹性流体论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
热对流问题在自然界中广泛存在,而且其具有丰富的流动结构和分叉序列,已成为研究流体动力学中流动转捩机理的基本问题。目前,关于粘弹性流体热对流在理论、实验和数值模拟方面均取得了一定的研究成果,然而对于粘弹性流体如何影响流动换热仍然存在分歧,尤其是如何影响热对流的转捩过程和相干结构亟待研究;此外,针对粘弹性流体在热对流中的作用机理,仍然处于推断和假设阶段,还未形成统一的明确理论。本文基于改变流体物性的思想,旨在应用粘弹性流体的弹性效应,探索其如何影响经典的Rayleigh-Bénard热对流(RBC)系统的稳定性和热输运机制以及羽流的流动换热,为今后粘弹性流体热对流系统在实际工程中的应用奠定基础,并提供重要指导。首先,本文基于OpenFOAM平台耦合对数重构法求解变形率张量输运方程,开发了用以稳定求解高Rayleigh数(Ra)高Weissenberg数(Wi)工况的粘弹性流体热对流直接数值模拟的通用求解器。基于该求解器,分别研究了低Ra下粘弹性流体RBC的启动和分叉,以及中等Ra下粘弹性流体RBC的流动换热机理。为了研究粘弹性流体对RBC的启动和分叉的影响,对平行平板内粘弹性流体RBC进行数值模拟研究,结果表明:粘弹性流体弹性和浓度均抑制了RBC的启动,但滞后幅度很小。这是因为低Ra时腔体内速度很小,粘弹性流体分子受流动剪切作用从流动中吸收的能量很小,对流动的反馈非常微弱。随着Ra的增大,流动会从稳定对流向振荡对流转捩。Wi较小时,由于粘弹性流体分子从流动中吸收能量,抑制了腔体内的流动换热,导致临界Ra_(c2)滞后,同时还使得振荡对流的频率和幅值降低。随着Wi的增加,存在一些Wi使得振荡对流被极大抑制,流动出现再层流化现象。当Wi进一步增大,弹性非线性占据主导作用,使得流动状态直接从稳定对流进入不稳定对流,甚至引发行涡现象出现。为了研究粘弹性流体影响RBC中流动和换热的机理,对封闭方腔内粘弹性流体RBC进行数值模拟研究,结果表明:粘弹性流体使其换热恶化,Nusselt数(Nu)最大降低了8.7%,但Nu随Wi呈现先减小后增大的非单调变化现象。大尺度环流的周期和速度边界层厚度随Wi先增大后减小,而动能则随Wi先减小后增大。温度边界层随着Wi增大而变厚,阻碍了壁面附近的热传导,降低腔体内的温度脉动,抑制羽流的生成频率。对脉动湍动能平衡方程各贡献项在边界层内即中心区的分析表明,弹性能贡献项从负值向正值变化即为Nu降低后再增长的内在原因。其次,为了探究粘弹性流体对羽流流动和换热的影响,本文分别从理论分析和数值模拟两方面进行研究。理论分析方面,通过引入单个粘弹性流体分子长链模型,推导了粘弹性流体层羽流的控制方程,求解结果表明粘弹性流体促进层羽流中心区流动而抑制边缘区流动。粘弹性流体的影响可以等效为额外产生了两个时空相关的源项,用以描述粘弹性流体分子与流动之间的相互作用。当Wi大到一定值时,羽流中心区的促进效果消失,这是由分子拉伸和松弛产生的能量交换共同作用后的结果。数值模拟方面,通过在平行平板中给定点热源来生成粘弹性流体单个羽流,模拟结果表明:在当前Wi和拉伸长度L的研究范围内,粘弹性流体使得羽流换热恶化,Nu/Nu_(New)与L~2/Wi满足幂指数关系。速度和温度的分布表明,粘弹性流体羽流上升速度更快,羽流形状更宽,但竖直方向速度u_y~*随Wi和L的增加而减小。粘弹性流体分子在叶柄中跟随羽流流动时,倾向于在上叶柄区释放能量而在其他区域吸收能量,粘弹性流体分子在上叶柄区的表现证实了理论分析中的发现。综上,本文对粘弹性流体如何影响RBC中的启动、振荡以及相干结构有了深刻的认识,多角度解释了粘弹性流体分子与流动之间相互作用的机理。研究成果为粘弹性流体热对流领域的研究填补了空白,同时也有助于加深对粘弹性流体湍流减阻与传热特性的理解,具有重要的学术和实际应用价值。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
粘弹性流体论文参考文献
[1].张梦.微尺度下外部激励对粘弹性流体拉伸流动弹性不稳定性的影响研究[D].哈尔滨工业大学.2019
[2].程建平.粘弹性流体Rayleigh-Bénard对流和羽流中流动与换热数值模拟研究[D].哈尔滨工业大学.2019
[3].赵欢.粘弹性流体在双层系统中的双扩散对流线性稳定性研究[D].山东大学.2019
[4].刘笑.RB-SiC反射镜Si改性层的粘弹性流体超光滑抛光技术研究[D].山东大学.2019
[5].滕浩,刘难生,陆夕云,Bamin,Khomami.粘弹性流体平板Couette湍流的直接数值模拟研究[C].第十届全国流体力学学术会议论文摘要集.2018
[6].尹晨.低雷诺数条件下压力驱动的粘弹性流体在流体——多孔介质系统内的热不稳定性分析[C].第十届全国流体力学学术会议论文摘要集.2018
[7].续焕英,齐海涛.粘弹性流体分数阶Maxwell模型及其管内电渗流动研究[C].第十届全国流体力学学术会议论文摘要集.2018
[8].程建平,唐肇求,陈以铖,张红娜,蔡伟华.基于自适应网格的粘弹性流体单个羽流流动与换热特性研究[C].第十届全国流体力学学术会议论文摘要集.2018
[9].王悦.粘弹性流体双振荡网格湍流特性实验研究[D].哈尔滨工业大学.2018
[10].黎永耀.粘弹性流体微通道内弹性不稳定流动及其强化混合应用研究[D].哈尔滨工业大学.2018
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