表面活性剂溶液中弹性胶束断裂作用下圆柱绕流特征研究

作     者：苏晓辉 徐志锋 金辉 王治国 刘佳伦 吴松 SU Xiaohui;XU Zhifeng;JIN Hui;WANG Zhiguo;LIU Jialun;WU Song

作者机构：西安石油大学新能源学院西安710065 西安交通大学动力工程及多相流国家重点实验室西安710049 西安石油大学机械工程学院西安710065 

出 版 物：《应用力学学报》 (Chinese Journal of Applied Mechanics)

年 卷 期：2023年第40卷第5期

页      面：1194-1203页

学科分类：08[工学] 080103[工学-流体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.51906202,52074220) 陕西省自然科学基金资助项目(No.2019JQ-814) 西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划项目(No.YCS21213235)。 

主　　题：表面活性剂 蠕虫状胶束溶液 VCM模型 流动不稳定性 黏弹性流体 

摘      要：表面活性剂分子溶于水自组装形成的蠕虫状胶束溶液由于其高表面活性和高黏弹性,具有独特的力学响应特性,呈现出与牛顿流体迥异的流动特征。采用考虑溶液中胶束可逆断裂和重构效应的双组分VCM本构方程,研究了溶液流变学特性,发现溶液拉伸应力随应变率呈现出拉伸硬化-稀化-硬化的强非线性特征。研究了蠕虫状胶束溶液绕圆柱流动的特性,在低雷诺数(Re~0.01)下,当维森贝格数Wi1时,流场出现较强的不稳定性,绕流尾迹区流场呈现随时间波动的特征,通过功率谱分析发现流场波动具有拟周期特征,当胶束断裂引起流体拉伸应力对弹性响应的非线性增强时,流场波动的不规则性增强。圆柱后缘附近出现一对周期性变化的对称涡,表明流体弹性会促进流动分离的发生,流体拉伸应力对弹性变化的强非线性响应是造成低雷诺数绕流流动不稳定性的根本原因,揭示了蠕虫状胶束溶液在低雷诺数高黏弹性时绕流流动不稳定性的产生机理。