扰动本构方法研究非牛顿纳米流体传热流动（英文）

将非牛顿流体力学理论及其方法推广应用于建立纳米流体-新概念非牛顿流体扰动本构方程,并研究其传热流动。韩式方发展了有特色的非牛顿流体扰动本构理论,并成功地应用于研究非牛顿流动稳定性,可以应用于非牛顿流动研究。将非牛顿流体扰动本构理论推广至建立新的纳米流体微扰动模型,对单相流体模型进行微扰动修正。纳米流体强化热交换机制:悬浮粒子增加二相混合体的热传导率;极细粒子随机运动,热耗散加速流体中能量转换过程。在新的纳米流体扰动本构方程基础上。研究了纳米流体传热流动,其结果表明,Nusselt数随纳米粒子的体积分数的增加而增加,其趋势与实验结果一致,表明本理论方法是合理的,可以推广于应用一系列纳米流体流动问题。     

粘弹性聚合物溶液对残余油膜的作用机理

针对水驱后残余油膜的存在形式,及油藏孔隙内聚合物溶液粘弹特性,选取具有相继收数和扩张特性的波纹管模型和广泛用于数值计算粘弹性流体的上随体M~U本构方程,建立了由连续性方程、运动方程和上随体Maxwell本构方程、流函数、涡量函数及边界条件组成的较完整的数学模型。通过有效的数值求解,从力学的角度提出聚合物驱在理论上提高驱油效率的机理是:(l)粘弹性聚合物溶液产生的第一法向应力和剪切应力对油膜的携带作用大于相同粘度的牛顿流体产生的剪切应力对油膜的携带作用,从而可携带部分残余油膜流动;(2)粘弹性聚合物溶液与牛顿流体相比,相同流函数值的流线位置发生改变,其波及范围大于相同粘度的牛顿流体。     

胆汁流变特性与分类及本构方程

本又系统地研究了肝胆汁和胆囊胆汁的流变特性。采集肝胆汁(T管肝胆汁)5l例223份,胆囊胆汁39例标本,包括急性、慢性、梗阻和非梗阻性的胆囊炎和胆石症胆汁。实验结果表明:肝胆汁粘度随胆道炎症减轻而减小,并趋于一定值;胆囊胆汁为非牛顿粘弹性流体,其流变特性与病理状态紧密相关。胆囊胆汁按其物理性状可分为三类。在实验基础上得到了几种胆汁的本构方程并提出了胆囊胆汁粘弹性模型—改良Maxwell模型。     

流体的粘弹性对周期性圆管层流流动规律的影响

将粘弹性Maxwell流体本构方程和圆管层流运动基本方程相结合,利用数学解析方法研究了周期性压力梯度推动下脉动层流的流动规律,并得到粘弹性液体在圆管内万籁 流动的速度表达式,按两种情形分析了粘弹性Maxwell流体脉动层流速度振分布状况。研究结果表明,Maxwell流体在0－2π的周期内呈振荡流动。当wt=0时,其速度振幅频率和松弛时间的增大而减小。     

流体的粘弹性对周期性圆管层流流动规律的影响

将粘弹性Maxwell流体本构方程和圆管层流运动基本方程相结合 ,利用数学解析方法研究了周期性压力梯度推动下脉动层流的流动规律 ,并得到粘弹性流体在圆管内周期性流动的速度表达式 ,按两种情形分析了粘弹性Maxwell流体脉动层流速度振幅分布状况。研究结果表明 ,Maxwell流体在 0～ 2π的周期内呈振荡流动。当ωt =0时 ,其速度振幅随频率和松弛时间的增大而减小。     

聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型,采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化,以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础,探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明,对于粘弹性流体,阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大,随充填颗粒尺寸的减小而增大;对于牛顿流体,阻力系数为常数;对于幂律流体,阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

非牛顿流体的点接触弹流润滑理论与实验研究

为研究等温条件下幂函数非牛顿流体的弹流润滑特性,基于Ostwald本构模型,采用普适流体润滑方程来求解非牛顿流体润滑问题,探讨了等温、稳态条件下流变指数、载荷、卷吸速度等参数对点接触弹流润滑特性的影响,并与相同工况下牛顿流体弹流润滑的结果进行了比较.再以某一特定流变指数的流体进行弹流润滑实验测量其膜厚,分析卷吸速度和载荷对膜厚的影响.结果表明:润滑剂的非牛顿性越显著,润滑膜厚会越小,压力分布会越接近Hertz接触应力分布,载荷和卷吸速度对非牛顿流体的润滑膜厚及压力分布的影响比对牛顿流体的影响要小.同工况下,非牛顿流体的膜厚均小于牛顿流体的膜厚.从实验测量结果与数值计算结果对比分析可以得出,卷吸速度和载荷对膜厚的影响趋势基本吻合.     

剪切波在线性粘弹性流体中的传播

对John D Ferry剪切波传播模型进行修正,建立剪切波在线性粘弹性流体中的传播模型,并根据剪切作用下流体的运动方程、流体的本构方程及一阶麦克斯韦模型,推导剪切波在线性粘弹性流体中的传播方程．运用衰减波定式,求解剪切波在线性粘弹性流体中传播的表达式,探讨流体粘度等流变性参数对剪切波传播特性的影响,为进一步研究机械振动对线性粘弹性流体流变性的影响打下基础．     

聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型，采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化，以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础，探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明，对于粘弹性流体，阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大，随充填颗粒尺寸的减小而增大；对于牛顿流体，阻力系数为常数；对于幂律流体，阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

聚合物溶液在孔喉模型中的阻力特性

以收缩流道和扩张流道作为孔喉模型,分别通过数值方法和流动实验研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中流动压力梯度随流变参数、孔喉比及喉道直径的变化规律.结果表明压力梯度随着流体粘弹性的增强而增加,随幂指数、稠度系数的增加而增加,随孔喉直径和孔喉比的增加而降低.将数值结果与孔喉模型中的流动实验及岩心渗流实验比较发现,流体在孔喉模型中流动阻力特性与岩心中渗流阻力特性有相似的变化规律,对于粘弹性流体,压力梯度随流速增加急剧上升,递增速率增大;对于幂律流体,压力梯度随流速增加的幅度逐渐变缓;对于牛顿流体,压力梯度随流速增加呈线性增加趋势,符合达西定律.可以将流体在单个孔喉中的流动作为研究其在多孔介质中渗流的理论基础.     

分数阶在磁流变液性能研究中的应用

将分数阶微积分引入Maxwell粘弹性流体的本构方程中,建立修正的Maxwell模型以描述磁流变液.通过贮能模量和耗能模量曲线,研究磁流变液的阻尼特性.在不同的磁流变液体组成参数实验条件下,理论的贮能模量和耗能模量能够与实验结果很好拟合,且模型阶数有着明显变化.研究表明,分数阶的本构方程能够很好地描述磁流变液的阻尼特性,方程分数阶算子与磁流变液物质参数有关.     

考虑蠕变损伤的Q_2黄土流变本构模型

根据Q2黄土的流变特征,其粘弹性特性可采用五元件广义的Kelvin模型来描述,其线性粘塑性特性可用与一滑块并联的Maxwell模型来描述,而非线性粘塑性特性,可通过损伤与塑性应变的耦合作用来反映。在考虑黄土瞬时损伤、蠕变损伤及黄土粘弹塑性组合模型的基础上,应用应变等效原理,建立了蠕变损伤流变本构模型,并通过拟牛顿法确定了相应的模型参数。该模型能够较好地描述黄土的加速蠕变过程,具参数少、适用性广的特点。     

表面张力作用下的平行平板下填充流动模型研究

在表面张力作用下的平行平板下填充流动中,通常采用Washburn模型预测下填充流动特性.但由于Washburn模型是建立在牛顿流体假设的基础上,无法反映具有非牛顿流体特性的流动特征.针对Washburn模型存在的不足,在此研究中,对具有幂函数本构方程特征的非牛顿流体,提出了一个新的表面张力作用下的平行平板流动的解析分析模型.实验结果表明,此研究所提出的表面张力作用下的平行平板下填充流动解析分析模型,对具有幂函数本构方程特征的非牛顿流体,可给出很好的流动预测结果.     

电流变流体的本构模型

电流变流体是由一种基液，加入非导电介质微粒和高分子表面活性剂混合而成的液体，因其独特的电流效应成为材料科学领域的研究热点。在外加电场作用下，电流变流体的力学性质可迅速发生变化甚至相变固化，流体的力学性能依赖于外加电场的强度、介质微粒的体积百分比浓度以及介质微粒的大小。文章基于一个类似Maxwell模型的简单机械系统，采用非连续介质力学的内蕴时本构理论，在仅考虑电场强度对电流变流体力学性能的影响下，发展了一种描述电流变流体的本构模型，预言了电流变流体的力学行为随电场强度的变化，描述了材料在不同电场强度下应力随应变的变化规律。     

液相性质对泡沫流变特性的影响

采用同轴圆筒旋转粘度计,测定了泡沫流体的剪应力和剪切速率,并用回归分析方法求得流变特性参数。结果表明,泡沫流体本构方程可用Herschel-Bulckley模型表示。泡沫气含率和液相非牛顿特性对流变特性参数影响明显。     

一种用于处理宾汉非牛顿稠油渗流的热采模型

温度对稠油流变性有一定的影响,且存在某一临界温度Ｔα,当温度高于Ｔα时,稠油可以视为牛顿流体;当温度低于Ｔα时,为非牛顿流体,并存在一个初始剪切应力,可以用宾汉型本构方程来描述。根据宾汉流体的渗流方程,建立了新的热采数值模型,该模型中考虑了稠油在低于临界温度时呈现为宾汉流体的特性。采用粘度校正法和系数校正法对采油参数进行了计算,并引入了初始压力梯度项。为了测试这两种方法的优劣,对新疆风城某采油方案     

对本构方程书写形式的探讨

在研究非牛顿流体圆管和环空管流层流流动问题时,确定其速度分布是关键。对于非牛顿流体圆管和环空流动问题,有些文献中的推导结论有错误,原因是混淆了运动方程和非牛顿流体本构方程中的切应力概念。为了解决此问题,在分析流体运动方程中各项物理意义的基础上,给出了一种统一的本构方程的书写形式,用于研究非牛顿流体圆管和环空管流层流流动规律。应用结果表明,该方法物理意义明确,容易得出有关流动的正确解。     

基于VOF方法的砂土液化后流动变形分析

将液化后砂土分别视为牛顿流体和剪切变稀非牛顿流体,采用计算流体动力学中的流体体积(VOF)法,研究了饱和砂土液化后的自由流动变形形态,分析了黏度、稠度系数及流动指数等参数对砂土流动变形特性的影响.计算结果与物理模型试验对比发现:该方法能够较好重现模型试验中液化砂土的竖向沉降与侧向流滑等流动变形形态,但流体性质对液化砂土的流动速度有较大影响.分析表明:将液化后砂土视为牛顿流体,黏度越大,其抵抗变形能力越强,流动变形速度越小;将液化砂土视为剪切变稀非牛顿流体,稠度系数越大,流动指数越小,液化砂土整体的流动变形速度越小.     

环境条件下沥青路面热粘弹性温度应力计算

利用热粘弹性力学理论和有限元方法 ,以广义Maxwell模型模拟沥青混合料的粘弹特性 ,通过试验研究和理论推导得到其增量型热粘弹性本构关系 ,建立了环境条件下沥青路面的温度应力场有限元计算方法 .并给出一个计算实例     

对本构方程书写形式的探讨

在研究非牛顿流体圆管和环空管流层流流动问题时，确定其速度分布是关键。对于非牛顿流体圆管和环空流动问题，有些文献中的推导结论有错误，原因是混淆了运动方程和非牛顿流体本构方程中的切应力概念。为了解决此问题，在分析流体运动方程中各项物理意义的基础上，给出了一种统一的本构方程的书写形式，用于研究非牛顿流体圆管和环空管流层流流动规律。应用结果表明，该方法物理意义明确，容易得出有关流动的正确解。