圆管流动中Johnson-Segalman流体的猝发机理和参数效应的研究

作     者：王惠飞 

作者单位：上海应用技术学院 

学位级别：硕士

导师姓名：邱翔

授予年度：2015年

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

主      题：Johnson-Segalman流体 剪切应力 速度梯度 压力梯度 

摘      要：非牛顿流体在各个领域中有广泛的应用,Johnson-Segalman流体作为具有代表性的非牛顿流体,研究Johnson-Segalman流体在圆管中流动特点具有重要的意义。本文以Johnson-Segalman流体作为研究对象,采用数值解析的研究方法,研究了管流中Johnson-Segalman流体的流动特性。主要研究内容有Johnson-Segalman流体的猝发机理、和参数效应,主要参数包括滑移参数a、Weissenberg数We和粘性比φ,结论如下：(1) Johnson-Segalman流体的猝发机理：剪切应力与速度梯度存在非单调性关系,在压力梯度的作用下,剪切应力增加或减小使得速度梯度发生跳跃,从而导致流动猝发现象,并且此现象在剪切应力达到极值时达到稳定。(2)参数对本构关系的影响：随着粘性比的增加,本构关系逐渐由非单调性渐变成单调性：滑移参数和Weissenberg数对本构关系的线性无影响,但滑移参数越大,剪切应力越大,Weissenberg数越大,剪切应力减小。(3)参数对速度梯度跳跃位置的影响:随着Weissenberg数的增大,速度梯度顶部跳跃和底部跳跃位置逐渐由壁面移向管径中心;随着粘性比的增加,两个位置都渐趋于壁面,底部跳跃变化速度更快,最终两种跳跃位置到达同一位置;随着滑移参数的增大,跳跃位置由管径中心渐移到壁面。(4)参数对速度剖面的影响：当参数一定时,与压力梯度增加时相比,压力梯度减小的速度剖面较大。速度剖面随着Weissenberg数的增加而变大,随着粘性比和滑移参数的增大减小。(5)参数对流量与压力梯度关系的影响：流量突变时对应的压力梯度随着We增大而减小,随着粘性比和滑移参数的增大而增大。