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一种高效的FENE哑铃模型模拟剪切变稀黏弹性流体

第十三届全国流变学学术会议

作者：李敬法宇波魏进家孙东亮中国石油大学(北京)机械与储运工程学院油气管道输送安全国家工程实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室北京石油化工学院机械工程学院西安交通大学化学工程与技术学院

本文对描述黏弹性流体弹性应力应变关系的本构模型进行了研究,提出了一种基于多松弛时间思想的N并联FENE-P本构模型。以双并联FENE-P模型为例,对比了N并联FENE-P模型和只有单一松弛时间的传统FENE-P模型对高分子聚合物溶液表观黏度实验... 详细信息

本文对描述黏弹性流体弹性应力应变关系的本构模型进行了研究,提出了一种基于多松弛时间思想的N并联FENE-P本构模型。以双并联FENE-P模型为例,对比了N并联FENE-P模型和只有单一松弛时间的传统FENE-P模型对高分子聚合物溶液表观黏度实验数据的拟合效果。结果表明:N并联FENE-P模型对高分子聚合物溶液表观黏度的拟合效果在整个剪切率范围内均比传统单松弛FENE-P模型更好,尤其当剪切率较大时优势更明显;N并联FENE-P模型更具有一般性和通用性,参数可调节性更好。

关键词： N并联FENE-P本构模型黏弹性流体多松弛时间表观黏度

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一种高效的FENE哑铃模型模拟剪切变稀黏弹性流体

黏弹性Jeffery-Hamel流的磁-微结构分析

2015年全国高分子学术论文报告会

作者：张晓佳成林颖沈星灿纪仕辰药用资源化学与药物分子工程教育部重点实验室广西师范大学化学与药学学院

胶体在复杂流体中的流致组装日益引起人们的重视。要模拟此类体系,首先需要一种高效的粘弹性溶剂溶剂模型。多粒子碰撞动力学（Multiparticle collision dynamics,MPC）模拟是一种介观的模拟方法,已广泛应用于复杂流体的研究。研究表明,... 详细信息

胶体在复杂流体中的流致组装日益引起人们的重视。要模拟此类体系,首先需要一种高效的粘弹性溶剂溶剂模型。多粒子碰撞动力学（Multiparticle collision dynamics,MPC）模拟是一种介观的模拟方法,已广泛应用于复杂流体的研究。研究表明,在MPC模拟中,可用哑铃来模拟复杂流体。谐振子哑铃的模拟效率高,但无剪切变稀;而FENE哑铃呈现剪切变稀,效率相对较低。剪切变稀是胶体流致组装的必要条件,为此,我们结合两种模型的优点改进了FENE哑铃,将FENE哑铃在每次运动时近似为谐振子哑铃。MPC模拟表明,改进后的FENE哑铃,其流致伸长、流致取向、剪切变稀等性质无变化,而模拟速度明显加快。模拟效率提升与具体MPC算法及时间设置等有关。利用改进后的模型我们研究了胶体在粘弹性溶剂中扩散,并间接测量了体系的粘度,结果与直接测量相符。总之,我们得到了一种高效的粘弹性溶剂。

关键词：流致组装黏弹性流体多粒子碰撞动力学模拟 FENE哑铃剪切变稀

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Journal of Central South University 2023年第6期30卷 1763-1775页

作者： Ehtsham AZHAR Abid KAMRAN Department of Mathematics and Statistics PMAS Arid Agriculture UniversityRawalpindi 44000Pakistan Department of Mathematics Capital University of Science and TechnologyIslamabad 46000Pakistan

本文通过拉伸/收缩具有独立移动能力大分子的非平行通道,对磁流体的动力学进行数值分析。通过麦克斯韦方法建立了外磁场对黏弹性流体流动影响的数学模型,在经典流体动力动量方程中表现为体力。为了完整描述微观结构现象,利用角动量方程... 详细信息

本文通过拉伸/收缩具有独立移动能力大分子的非平行通道,对磁流体的动力学进行数值分析。通过麦克斯韦方法建立了外磁场对黏弹性流体流动影响的数学模型,在经典流体动力动量方程中表现为体力。为了完整描述微观结构现象,利用角动量方程对数学模型进行强化。用凯勒盒有限差分法对所得到的非线性问题进行数值处理。求解如Hartmann数(1≤Ha≤5)、拉伸参数(-4≤C≤4)、旋转参数(3≤K≤9)、Weissenberg数(0.3≤Wi≤0.9)、Reynolds数(50≤Re≤150)等物理量的微分方程形式,并以图表形式表示出来。在所有讨论的情况中,只有发散通道中的角速度随着Hartmann数的增加而增加,这表明微结构旋转是由强磁场激发的。

关键词： Jeffery-Hamel流黏弹性流体微观结构数值解非线性偏微分方程

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十字型通道内黏弹性撞击流混合机理研究

华东理工大学学报（自然科学版） 2023年第3期49卷 360-367页

作者：徐旭东张巍李伟锋刘海峰王辅臣华东理工大学上海煤气化工程技术研究中心上海200237

采用激光诱导荧光(PLIF)技术对十字型通道中黏弹性流体(聚环氧乙烷溶液)进行可视化研究,重点考察了雷诺数(Re)、聚合物溶液质量分数(w)和通道尺度对流体流动模式、振荡特性以及混合效果的影响。结果表明,对于牛顿流体(水),随着雷诺数增... 详细信息

采用激光诱导荧光(PLIF)技术对十字型通道中黏弹性流体(聚环氧乙烷溶液)进行可视化研究,重点考察了雷诺数(Re)、聚合物溶液质量分数(w)和通道尺度对流体流动模式、振荡特性以及混合效果的影响。结果表明,对于牛顿流体(水),随着雷诺数增加(20黏弹性流体,随着聚合物溶液质量分数增加(0.01%≤w≤0.30%),流体弹性效应增强,在低聚合物溶液质量分数下微通道内出现了惯性弹性非稳态振荡,导致混合增强,而在较高质量分数下出现了弹性主导的非稳态振荡,弹性非稳态振荡在维森贝格数和雷诺数较低时具有周期性特征,随着维森贝格数和雷诺数增大,振荡周期减小且趋于不规则。对于6 mm和1 cm十字型通道,随着聚合物溶液质量分数的增加,涡脱落振荡和非稳态吞噬流的临界雷诺数增大,在较高聚合物溶液质量分数下非稳态吞噬流消失。

关键词：十字型通道撞击流黏弹性流体混合机理激光诱导荧光技术

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

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应用力学学报 2023年第5期40卷 1194-1203页

作者：苏晓辉徐志锋金辉王治国刘佳伦吴松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

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... 详细信息

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Wi>1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。

关键词：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

耐盐性PAM-AMPS/FeO纳米减阻剂流变性

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石油学报(石油加工) 2023年

作者：秦文龙李璐李国庆李晗晰秦国伟西安石油大学石油工程学院西安石油大学陕西省油气田特种增产技术重点实验室

采用丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AM/AMPS)共聚物接枝纳米Fe3O4合成了一种PAM-AMPS/Fe3O4纳米减阻剂，并利用动态流变仪研究了PAM-AMPS/Fe3O4减阻剂的剪切稀释性，分析了纳米Fe3O4、盐含量及剪切作用对其流变行为的影响规律。... 详细信息

采用丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AM/AMPS)共聚物接枝纳米Fe3O4合成了一种PAM-AMPS/Fe3O4纳米减阻剂，并利用动态流变仪研究了PAM-AMPS/Fe3O4减阻剂的剪切稀释性，分析了纳米Fe3O4、盐含量及剪切作用对其流变行为的影响规律。结果表明：PAM-AMPS/Fe3O4纳米减阻剂的粒径为100～500 nm、黏均分子质量为4.99×106g/mol；在30 ℃下，剪切速率大于0.3 s-1时PAM-AMPS/Fe3O4减阻剂表现出显著的剪切稀释特征，该减阻剂具有更复杂的微观结构，其超临界质量分数为0.035%，相比空白聚合物表现出更优良的增黏性能和黏弹性；由于AMPS含有耐温耐盐基团，在NaCl和CaCl2质量分数分别为10%和5%的条件下，PAM-AMPS/Fe3O4减阻剂黏度保留率分别为69%和53%，表现出了较强的耐盐性；同时，该减阻剂在剪切速率1000 s-1条件下，剪切1、2 h后的黏度回复率分别为100%和94%，表现出良好的耐剪切性。

关键词：减阻剂聚丙烯酰胺纳米Fe O 黏弹性流体耐盐性耐剪切性流变行为

利用磨料流去除空心滚子内孔氧化皮的试验研究

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轴承 2022年第2期 39-43页

作者：于吉鲲孙旭吴鸣宇大连海洋大学辽宁大连116300 龙岩学院福建龙岩364000

针对滚动轴承空心滚子内孔去氧化皮的难题,采用粒度为46,220目的碳化硅黏弹性流体磨料,对挤压轧机轴承的空心滚子进行去除内孔氧化皮试验,结果表明:利用磨料流加工方法可以有效去除空心滚子内孔的氧化皮;在相同的磨料流加工参数下,采用... 详细信息

针对滚动轴承空心滚子内孔去氧化皮的难题,采用粒度为46,220目的碳化硅黏弹性流体磨料,对挤压轧机轴承的空心滚子进行去除内孔氧化皮试验,结果表明:利用磨料流加工方法可以有效去除空心滚子内孔的氧化皮;在相同的磨料流加工参数下,采用不同粒度的碳化硅磨粒可获得不同的加工表面,加工表面应与所用的碳化硅磨粒相匹配,氧化皮较厚的加工表面应分阶段进行加工,以便实现良好的氧化皮去除效果。

关键词：滚动轴承空心滚子抛光黏弹性流体碳化硅粒度表面粗糙度

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液滴热毛细迁移的流动稳定性

液滴热毛细迁移的流动稳定性

作者：章绍能宁波大学

学位级别：硕士

置于非等温固体壁面的液滴会在其表面温度梯度诱发的热毛细力作用下产生热毛细迁移,这种现象广泛存在于各种微流体的实际应用中,如微流控芯片和喷墨打印等。当温度梯度超过阈值时,被重力压平的液滴会发生流动失稳进而影响迁移,因此液滴... 详细信息

置于非等温固体壁面的液滴会在其表面温度梯度诱发的热毛细力作用下产生热毛细迁移,这种现象广泛存在于各种微流体的实际应用中,如微流控芯片和喷墨打印等。当温度梯度超过阈值时,被重力压平的液滴会发生流动失稳进而影响迁移,因此液滴的流动稳定性分析对精准控制其迁移具有重要意义。本文通过线性稳定性分析方法研究了液滴热毛细迁移中的对流不稳定性和表面波不稳定性,考虑了牛顿流体和黏弹性流体,得到了不同参数下的临界曲线,并分析了临界模态下的流场和能量机制。当自由面不易变形时,液滴内部会产生对流不稳定性。对于牛顿流体,中小Prandtl数(Pr)下的临界模态均为斜波,而大Pr时主要是流向波,流动稳定性总是随着迁移速度的增大而减弱。当流体内弹性效应加强时,不同Pr下的临界模态发生明显变化,其中小Pr的临界模态为斜波和流向波,而中高Pr的临界模态为斜波和展向稳态模态。弱弹性略微增强了流动稳定性,而强弹性使得稳定性显著下降。对于斜波,扰动温度的振幅可存在于流场中间区域,而其他两种模态的温度振幅只存在于自由表面上。当自由面较易变形时,液滴存在对流不稳定性和表面波不稳定性。其中表面变形几乎不影响前者,而重力的增强能明显抑制后者的出现。后者的临界波数比前者要小很多,而波速则相反。对于表面波不稳定性的扰动流场,发现大多数流场内不存在成对出现的涡,这与对流不稳定性不同。表面波不稳定性的能量分析表明,长波模态的能量来自于变形引起的表面应力做功,而对于有限波长模态,能量的主要来源为Marangoni力做功和基本流。当流体内弹性效应加强时,表面波不稳定性在弱弹性下占据主导,而在强弹性中对流不稳定性为最优模态,且弹性未明显改变前者的失稳机制。

关键词：热毛细迁移液滴不稳定性黏弹性流体表面变形

Maxwell流体在内壁面沿轴向做往复运动的环空内的流动规律

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中国石油大学学报（自然科学版） 2009年第4期33卷 112-117,124页

作者：黄善波李兆敏中国石油大学储运与建筑工程学院山东东营257061 中国石油大学石油工程学院山东东营257061

根据动量方程和本构方程,建立Maxwell型黏弹性流体在内壁面沿轴向做往复运动的同心环空内流动时的数学模型,并采用固有函数法进行理论求解,得到环空内速度的分析解。结果表明:受内壁面周期性往复运动的影响,环空内的速度和平均速度均随... 详细信息

根据动量方程和本构方程,建立Maxwell型黏弹性流体在内壁面沿轴向做往复运动的同心环空内流动时的数学模型,并采用固有函数法进行理论求解,得到环空内速度的分析解。结果表明:受内壁面周期性往复运动的影响,环空内的速度和平均速度均随时间呈现周期性的变化;流体的弹性和内壁面运动的频率对速度和平均速度的影响规律相似;流体弹性或运动频率的增加将改变部分时刻速度分布曲线的形状,存在着使平均速度变化幅度最大的弹性和频率;壁面运动的振幅只改变速度、平均速度的变化幅度,环空间距的减小扯平了速度的抛物线型分布,并使周期平均速度减小。

关键词：黏弹性流体环空轴向往复运动 Maxwell流体