螺旋流作用下微壳结构动力学特性研究
会议名称：《第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2023）》
会议日期：2023年
学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程]
关 键 词：输流微壳 螺旋环流 尺寸效应 粘性 Knudsen number
摘 要：随着微、纳技术的发展,输流微壳(管)被广泛应用于微机电系统、生物医疗、微腔共振器等众多微型设备中。若环流在轴向流动的同时叠加了旋转分量,即为螺旋环流,微热管和微反应器为螺旋环流的典型工程应用。研究螺旋流作用下输流壳的稳定性和动力学具有重要的理论意义,对该结构的优化设计和安全使用具有重要的工程价值。设若螺旋环流为充分发展的湍流,对其解耦为时均流场和摄动流场。使用时均Navier-Stokes(纳维-斯托克斯)方程和流体连续性方程,建立时均流场的稳态粘性力表达式;使用势流理论和流固耦合边界条件,建立摄动流场的摄动流体力表达式。基于修正的偶应力理论,利用Hamilton原理建立螺旋流作用下输流微壳的动力学方程组。通过把壳体的位移展成行波解,借助Galerkin技术,把动力学方程组离散为常微分方程组,进行输流微壳动力学特性分析。基于上述方法,将重点研究流体的旋转效应对输流微壳失稳的影响、研究流体旋转效应与尺寸效应之间的耦合作用对稳定性的复杂影响,最后,研究流体的粘性效应对稳定性的影响,并与宏观尺度下输流壳的稳定性结果进行比较,探讨流体粘性的作用。