非弹性流体模口膨化的原因及切力变稀(或增稠)性对模口膨化比的影响

本文首先按照流体通过狭缝挤出后横向拉伸应变的不同把流场分成皮层和芯层两部分,然后通过分析它们的应变和受力情况证明非弹性流体的模口膨化是由于芯层流体在皮层施加的纵向拖力和横向拉力及狭缝出口横截面上的剪切应力的作用下产生的横向拉伸应变。按照这一理论的推测,非弹性流体的模口膨化比随流体切稀性的增强而减小,随流体增稠性的增强而增大.这一推测与实验结果及有限元计算结果相符合。本文的理论发展和完善了 Tanner 的“皮层一芯层”理论.     

粘弹性流体在圆管中起动流动的规律

选取了粘弹性Ｍａｘｗｅｌ流体，研究了该种流体在圆管中起动时的流动规律。结果表明，Ｍａｘｗｅｌ流体比牛顿流体先趋于稳定流动，圆管中心处Ｍａｘｗｅｌ流体的速度比牛顿流体大，粘弹性的存在对流体在小直径圆管起动的影响比对大直径的影响程度要大。     

粘弹性流体在圆管中起动流动的规律

选取了粘弹性Ｍａｘｗｅｌｌ流体，研究了该种流体在圆管中起动时的流动规律。结果表明，Ｍａｘｗｅｌｌ流体比牛顿流体先趋于稳定流动，圆管中心处Ｍａｘｗｅｌｌ流体的速度比牛顿流体大，粘弹性的存在对流体在小直径圆管远动的影响比对大直径的影响程度要大。     

气泡粘性对上升运动特性影响的FTM模拟

为了研究气泡粘性对其上升过程的速度、形态以及阻力系数的影响,基于FTM(Front- Tracking Method)模拟了气泡在粘性流体中的运动,通过改变气泡粘性来改变气液粘度比,研究了气泡内的速度分布以及气泡周围粘性剪切应力的分布和变化特点。研究表明：气液粘度比较小时,流场中的粘性耗散很强,气泡的粘度主要影响其平衡速度和形态,气液粘度比较大时,粘性耗散减弱,其平衡速度和形态基本无变化,气泡粘性主要影响气泡内的速度分布;气泡上升过程中的阻力系数随粘度比增大而减小,粘性剪切应力则呈现相反的变化趋势。气泡上升过程中,周围的粘性剪切应力关于中心轴线对称分布,出现最大粘性切应力的区域由气泡两侧逐渐向气泡底部边缘过渡;气泡尾部边缘的形变引起气泡尾部的表面张力不平衡,使得气泡的形态发生改变。     

用挤出物胀大等方法测量聚合物熔体的第一法向应力差

在挤出机上安装自行设计的毛细管口模,对PP,HDPE和PS熔体采用挤出物胀大法在较高剪切速率下测量第一法向应力差N_1,发现:由于N_1受胀大比B和剪切应力τ_W的双重影响,因此弹性测试比粘性测试所需的毛细管口模长径比要大;将挤出物胀大法与其他测量N_1的方法进行综合的分析比较,结果表明,挤出物胀大法所测N_1值比较合理,并可满足一般工程计算的要求。     

非牛顿液体粘度的在线测量方法

针对现有粘度测量装置无法满足在线和非侵入测量要求问题，在传统电磁流量计引入层析成像技术，对牛顿流体和纯粘性非牛顿流体粘度实现非侵入、可在线测量的基础上，经理论分析，提出了在线测量粘塑性非牛顿流体的新方法，通过对各类粘塑性流体的仿真研究和误差分析，证明了该方法的可行性。     

非牛顿流体在分离旋流器内流场特性研究

本文运用计算流体动力学（CFD）方法对旋流器内非牛顿流体与牛顿流体的流场分别进行数值模拟。分析采用RSM(SSG)雷诺应力模型,得到非牛顿流体与牛顿流体的速度场、压力场以及表观粘度分布规律。研究结果揭示了非牛顿流体在分离旋流器内的流场特性：由于受非牛顿流体表观粘度随剪切速率变化的影响,在同一位置处非牛顿流体的静压力、轴向速度以及径向速度都大于牛顿流体,而切向速度小于牛顿流体;同时旋流器内非牛顿流体的零轴速包络面（LZVV）比牛顿流体的更加靠近器壁,这导致旋流器中非牛顿流体在同等条件下比牛顿流体的分离效率低;以上这些特性为进一步充分认识用于分离非牛顿流体的旋流器分离机理提供依据。     

喷涂于运动固壁上的模口流变流动

模口膨胀是聚合物加工中的重要现象, 通常用流变效应来解释. 射流自由面上温度分布不均匀, 必然会产生表面张力梯度驱动的热毛细对流. 采用二维非定常有限元方法, 数值模拟喷涂于运动固壁上的流变流体的模口膨胀问题. 计算中考虑了流变效应和热毛细效应的耦合作用. 结果表明, 流变效应和热毛细效应两者均使射流截面增大, 非Newton流体的流变效应是模口膨胀的主要原因.     

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     

水平管内气液两相泡状流压力波数学模型及其数值模拟

利用整体平均两流体模型,合理引入虚拟质量力、粘性剪切力和拖曳力引起的界面动量交换等封闭条件,建立了水平气液两相流动中压力波的数学模型.根据小扰动原理和线性一阶齐次方程组有解的条件,得到水平气液泡状流的压力波色散方程.色散方程的计算结果与前人实验数据显示很好的一致性.进一步的数值计算,系统分析了含气率、系统压力、壁面剪切应力、扰动频率和封闭条件中虚拟质量力、拖曳力对压力波传播速度和衰减的影响.结果表明:系统压力的降低、含气率的增加以及壁面剪切应力的存在,都会降低压力波的传播速度,并使压力波衰减加快;而扰动频率、虚拟质量力和拖曳力对压力波的影响,在低频和高频段差异很大.     

数值模拟橡胶挤出口模内熔体的非等温流动

使用CFD软件Polyflow,采用非等温的本构方程逆向挤出数字设计了汽车密封件橡胶口模.数值模拟该橡胶口模的挤出过程,数值计算了口模内橡胶熔体的非等温流场,讨论了温度对口模结构尺寸和橡胶熔体流变行为的影响.研究结果表明,沿熔体流动的方向,非等温熔体的平均速度和平均压力比等温的大,平均剪切应力和平均黏度都低于等温.与实际产品截面比较,非等温模拟的口模截面形状比等温的更接近实际情况,相对误差仅为1.63%.非等温的数值模拟更接近口模挤出的实际情况.采用非等温的本构方程设计口模将提高口模和产品的质量.     

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Ｔｃｒ．当温度高于Ｔｃｒ时,稠油可以视为牛顿流体;当温度低于Ｔｃｒ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进行了试算。试算结果表明,后一种方法在模拟精度、计算速度和计算稳定性方面比前一种方法更好。对曙１７５油藏进行的实例分析结果表明,数值模型模拟的渗流情况符合稠油地下渗流的实际情况,可用于实际的热力采油计算。     

非牛顿流体在分离旋流器内流场特性研究

运用计算流体动力学(CFD)方法分别对旋流器内非牛顿流体与牛顿流体的流场分别进行数值模拟.分析采用RSM(SSG)雷诺应力模型,得到非牛顿流体与牛顿流体的速度场、压力场以及表观粘度分布规律.研究结果揭示了非牛顿流体在分离旋流器内的流场特性:由于受非牛顿流体表现粘度随剪切速率变化的影响,在同一位置处,非牛顿流体的静压力、...     

轴向变截面环空幂律流体内边界力的研究

在石油钻采工程中,井筒内流体多为非牛顿流体,在旋转杆管柱作用下做偏心环空螺旋流,而且偏心度沿杆管柱轴线呈任意变化.针对这一流体特性,建立了轴向变截面偏心环空幂律流体三维有限元模型,采用基于有限元的有限体积法,研究了流场分布规律及偏心度和转速对界面力的影响.计算结果表明:宽间隙侧最大轴向速度不变,旋转速度降低,窄间隙侧最大轴向速度降低,旋转速度增强.随着转速或偏心度的增加,流体对杆管柱作用的横向力和弯矩均增大,为进一步揭示和防治杆管偏磨提供了理论依据.     

基于流体体积法和浸入边界法的粘性二相流模型对带障碍物溃坝的数值模拟

本研究提出了一种基于浸入边界法（IBM）和流体体积法（VOF）的粘性二相流的数值模型。其中,IBM用于处理流体中的固体边界的影响,VOF用来捕捉自由液面。由于自由液面处流体的密度和粘性系数是变化的,所以,在流场控制方程中将密度和粘性系数也当作变量来处理。基于该模型,对带障碍物的溃坝这个经典的问题进行了数值模拟,并将数值模拟结果与其他研究者的试验及模拟结果进行了对比分析,验证了该数值模型的有效性和实用性。     

改进的CSF流体表面张力模型

传统连续表面力(continuum surface force,CSF)模型模拟流体表面张力时,流体表面的粒子受到的表面张力都是法向力,很难保证流体表面的光滑性,从而使得表面张力模拟失真;此外,流体表面的粒子不足还导致流体表面密度计算精度降低,模拟稳定性差。文章在CSF模型的基础上,对流体表面施加切向力,使得流体表面更加光滑;对边界粒子进行密度修正,提高了密度计算精度和模拟的稳定性。仿真实验结果表明,该方法模拟的流体表面张力效果更好。     

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。     

输液管道结构横向振动问题的粘性效应

针对在输液管道结构中粘性项对横向振动问题的影响是否可以忽略的问题,采用微元法建立数学模型,得出简支梁情况下侣的频率解,最后算例结果表明流体粘性对管道的振动频率的影响是可以忽略不计的.     

表面张力对低Re下细竖管内流动凝结的影响

针对低Ｒｅ范围细竖圆管内的流动凝结过程，探讨不同管径条件下重力，表面张力以及气液界面剪切力对凝结换热Ｎｕｓｓｅｌｔ数的影响，研究表明，在讨论的Ｒｅ范围内，微重力环境中的流动凝结过程主要受表面张力或剪切应力控制，且随管径的减小表面张力在影响因素中的作用受到削弱；     

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.