

















圆出了种流体在偏心圆环管中流动的平均体积流率。
等人使用高聚合物非牛顿流体作为实验材料,给出了偏心圆环管中非牛顿流体流速与压降之间的关系。
国内对于非牛顿流体管内流动的研究起步较晚,成果也较国外少。
姜笃志分析了非牛顿流体在管道内流变性的般规律并建立模型。
杨旭等人分析了非牛顿流体的本构及流动规律,基于空间分数阶微积分方法,建立了分数阶非牛顿流体本构模型,使用分数阶的阶数大小来反映非牛顿流体流动的空间记忆性强弱。
经过以上分体表现出剪切增稠效应。
为了探究幂律指数对幂律流体在管道中流动特性的影响,控制进口速度,管截面当量直径,管长,参数相同,幂律流体取,对圆形截面管道内的非牛顿幂律流体进行流动特性的仿真。
不同幂律指数下非牛顿幂律流体的速度场分布如图所示。
图展示了不同幂律指数条件下幂律流体在管道各个横截面上的速度场分布。
观察靠近管道入口段的速度场横截面,可以发现随着的增大,流体的速度入口段长度越来越短。
这是因为当幂律指数时,流体表现基于的非牛顿流体在管道中的流动特性研究流变学论文体流动的发展从接近截面角区的位置开始,之后再向管道截面几何中心处发展。
参考文献陈文芳力学丛书非牛顿流体力学北京科学出版社,杨树人,崔海清石油工程非牛顿流体力学北京石油工业出版社,姜笃志管道流体流变性的般规律研究油气储运,杨旭,梁英杰,孙洪广,等空间分数阶非流体本构及圆管流动规律研究应用数学与电力,李亚飞,周懿,胡钺,高政基于的非牛顿流体在管道中的流动特性研究科技与创新,。
基于的非牛顿流心区域达到最大速度。
在种管道靠近入口段的截面,可看到速度最大值区域分散在截面的几何中心周围。
对于矩形截面管道来说这种现象更为明显,云图中能够看到入口段截面形成两个速度中心区域,由此可见,速度最大区域首先出现在靠近管道截面角区的位置,之后在向轴向发展的同时向径向截面几何中心合并,最终在中间达到流动速度峰值。
结论本文通过平台,使用有限元法与局部优化网格技术建立了非牛顿流体在不同横截面管道中的流动模型管道内的非牛顿流体进行流动特性仿真。
截面形状对速度入口段长度的影响在本组仿真中,在各管道的轴向中心截面上绘制速度云图,观察非牛顿流体在不同截面管道中的速度入口段长度。
不同截面形状管道轴向中心截面速度云图如图所示,从图可以看出,流体在管道入口段形成速度边界层,边界层逐渐向截面中心流动汇集,最后消失形成稳定的流态。
矩形形状的管道内非牛顿流体的速度入口段长度比圆形管道的长。
这说明速度入口段的长度与管道截面形状有关。
截面为圆形的管道内的非剪切应变速率剪切应变速率描述的是流体的剪切流动,定义为单位时间的剪切应变变化公式式中为剪切应变。
值得注意的是,剪切应变速率常与速度梯度混淆。
实际上者是不同的概念。
速度梯度是流体的速度对空间坐标的导数,用来表示。
在数学上,者的数值有时相等,这是因为般速度梯度符合公式但者的物理意义并不相同,且数值上有时并不相等如流体在同轴圆筒之间的流动,此时有角速度的影响。
广义雷诺数对于圆管内非牛顿流体流动的雷诺数计算,目前多是仿照牛顿格加密,模型的其他部分则保持相对较大的网格密度。
局部加密效果如图所示。
图网格局部加密效果图此外,为了保证求解结果的精度,每组仿真计算时都需要多次调整网格的数量,检查计算结果是否因为网格密度不同而出现较大的误差。
经过调整,确认每组仿真的网格数量保持在万万之间为宜,这时求解精度已经足够。
基于的非牛顿流体在管道中的流动特性研究流变学论文。
在本文仿真中使用的幂律流体的本构方程式为公式式中为黏稠系数表示物料切应变变化公式式中为剪切应变。
值得注意的是,剪切应变速率常与速度梯度混淆。
实际上者是不同的概念。
速度梯度是流体的速度对空间坐标的导数,用来表示。
在数学上,者的数值有时相等,这是因为般速度梯度符合公式但者的物理意义并不相同,且数值上有时并不相等如流体在同轴圆筒之间的流动,此时有角速度的影响。
广义雷诺数对于圆管内非牛顿流体流动的雷诺数计算,目前多是仿照牛顿流体,近似按照黏度或者对比牛顿流体压降的公式计算其广义雷诺数了流体流动特性参数之间的关系,以及管道截面形状和幂律指数对流体流动性能的影响。
具体总结如下对于幂律流体,更高的幂律指数值将使流体更多表现出剪切增稠效应,进步使得速度入口段长度逐步减短反之,则表现出剪切稀化效应,增长速度入口段的长度。
在相同的边界条件下,横截面为矩形的管道中流体的速度入口段长度最长,随后为圆形截面管道管道内流体流动的发展从接近截面角区的位置开始,之后再向管道截面几何中心处发展。
参考文献陈文芳力学丛书非牛顿流体力分布的影响为了更直观地观察出管道内的速度场分布情况,重新选取数个沿管道轴向等距分布的管道横截面来绘制速度云图。
通过观察每个截面云图的变化过程,可以得出非牛顿流体的速度沿径向与轴向发展的情况。
两种截面形状管道的横截面速度场分布如图所示,从图可以看出,流体在管壁处速度为,最大速度中心位于各管道的横截面几何中心区域,但并不是开始就在中心区域达到最大速度。
在种管道靠近入口段的截面,可看到速度最大值区域分散在截面的几何中心周围。
对于矩形截面基于的非牛顿流体在管道中的流动特性研究流变学论文的黏稠程度为幂律流变指数简称幂律指数,为无量纲量,表示非牛顿流体的流动特性偏离牛顿流体的程度时为牛顿流体。
非牛顿流体管道流动模型流体切应力对于圆形管道内的流体流动,非管壁处流体剪应力与管壁处剪应力的取值满足下列均匀流动方程式公式式中∆为管道压降为圆柱坐标系中的方向坐标位置为管道长度为管道半径。
上述均匀流动方程式的推导并没有涉及流体的性质与流动状态,所以该方程式适用于所有的流体与流动状管道压降为圆柱坐标系中的方向坐标位置为管道长度为管道半径。
上述均匀流动方程式的推导并没有涉及流体的性质与流动状态,所以该方程式适用于所有的流体与流动状态。
网格局部加密与独立性验证在数值仿真过程中,网格的数量与大小与仿真结果的精度密切相关。
更多的网格数目虽然能够提高结果的精度,但是也意味着要耗费更多的计算机算力资源。
经衡量,使用中的功能对模型的关键计算区域进行局部下的流体流动性提高,速度梯度大,速度入口段长。
此外,幂律指数也对流体充分发展区最大速度有定影响,两者呈正相关关系。
上述结论均可以从的研究中得到验证。
图不同幂律指数下非牛顿幂律流体的速度场分布单位截面形状对非牛顿流体管道流动的影响保持进口速度,幂律指数,管截面当量直径,管长,参数相同,对不同截面管道内的非牛顿流体进行流动特性仿真。
截面形状对速度入口段长度的影响在本组仿真中,在各管道的轴向中心截面上公式式中为圆管直径为流变指数,不同流体者的取值不同为流变系数。
在本文仿真中使用的幂律流体的本构方程式为公式式中为黏稠系数表示物料的黏稠程度为幂律流变指数简称幂律指数,为无量纲量,表示非牛顿流体的流动特性偏离牛顿流体的程度时为牛顿流体。
非牛顿流体管道流动模型流体切应力对于圆形管道内的流体流动,非管壁处流体剪应力与管壁处剪应力的取值满足下列均匀流动方程式公式式中∆为学北京科学出版社,杨树人,崔海清石油工程非牛顿流体力学北京石油工业出版社,姜笃志管道流体流变性的般规律研究油气储运,杨旭,梁英杰,孙洪广,等空间分数阶非流体本构及圆管流动规律研究应用数学与电力,李亚飞,周懿,胡钺,高政基于的非牛顿流体在管道中的流动特性研究科技与创新,。
基于的非牛顿流体在管道中的流动特性研究流变学论文。
剪切应变速率剪切应变速率描述的是流体的剪切流动,定义为单位时间的管道来说这种现象更为明显,云图中能够看到入口段截面形成两个速度中心区域,由此可见,速度最大区域首先出现在靠近管道截面角区的位置,之后在向轴向发展的同时向径向截面几何中心合并,最终在中间达到流动速度峰值。
结论本文通过平台,使用有限元法与局部优化网格技术建立了非牛顿流体在不同横截面管道中的流动模型。
图两种截面形状管道的横截面速度场分布单位通过以上数值模型,分析了非牛顿流体在管道内的速度分布,并讨制速度云图,观察非牛顿流体在不同截面管道中的速度入口段长度。
不同截面形状管道轴向中心截面速度云图如图所示,从图可以看出,流体在管道入口段形成速度边界层,边界层逐渐向截面中心流动汇集,最后消失形成稳定的流态。
矩形形状的管道内非牛顿流体的速度入口段长度比圆形管道的长。
这说明速度入口段的长度与管道截面形状有关。
截面为圆形的管道内的非牛顿流体更早到达充分发展阶段,流态更为稳定。
图不同截面形状管道轴向中心截面速度云图单位截面形状对速度场基于的非牛顿流体在管道中的流动特性研究流变学论文截面管道内的非牛顿幂律流体进行流动特性的仿真。
不同幂律指数下非牛顿幂律流体的速度场分布如图所示。
图展示了不同幂律指数条件下幂律流体在管道各个横截面上的速度场分布。
观察靠近管道入口段的速度场横截面,可以发现随着的增大,流体的速度入口段长度越来越短。
这是因为当幂律指数时,流体表现出剪切增稠效应,而且该效应会随着的增大而得到强化剪切稀化效应同理。
剪切增稠效应下的流体流动性降低,速度梯度小,更容易达到充分发展状态反之,剪切稀化效应析可以看出,中国对非牛顿流体管内流动这研究领域的研究不太成熟,大多数停留在对非牛顿流体管内流动进行基本的数值模拟这阶段,而缺少对于模拟条件的多样化拓展以及对结果数据之间关系更加详尽的讨论。
关于非牛顿纳米流体管内流动这新兴领域更是空白。
又考虑到非牛顿流体管内流动在工业上的广泛应用,进步进行相关方面的数值研究是很有必要的。
表不
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