土体颗粒物流动物质点法模拟的弹塑性和非牛顿流体本构模型比较研究

土体颗粒物流动是一种典型的大变形破坏,具有非牛顿流体的流动特征。准确模拟土体颗粒物的流动及冲击过程,对滑坡和泥石流等地质灾害的防治具有重要意义。物质点法是一种无网格粒子类方法,已在各类大变形问题中得到了广泛应用。以往土体颗粒物流动的模拟,通常采用弹塑性本构模型,但缺乏对非牛顿本构模型的模拟分析。本文引入非牛顿本构模型的模拟分析,旨在为土体颗粒物流动模拟提供一种新的方法与思路。非牛顿本构模型的模拟分析是将非牛顿广义Cross模型引入三维物质点法,通过人工阻尼力模拟颗粒间的摩擦力,对土体颗粒物的坍塌、沿斜面滑动以及冲击障碍物等问题进行了动态模拟,研究了其运动全过程,并与弹塑性本构模型的模拟结果进行了对比验证。结果表明,基于非牛顿流体本构模型的物质点法可以较好地模拟土体颗粒物加速、减速到再次稳定的流动全过程及其对障碍物的冲击效应。

非牛顿流体在叶片式静态混合器中的传热强化特性

非牛顿流体在化学、食品和材料等领域具有关键作用,但高表观黏度使其通常具有低传热特性。叶片式静态混合器作为一种高效的传热强化设备,在化工过程强化中具有鲜明的技术特色。本文针对非牛顿流体在Kenics静态混合器(KSM)和Lightnin静态混合器(LSM)内的流动和传热特性进行了比较研究。重点分析了体积流量、元件长径比及流体浓度等参数对羧甲基纤维素(CMC)幂律流体的流动及传热影响。结果表明,在相同工况下,随着CMC溶液的体积流量增大,管道内的换热系数和压降均增大。静态混合元件的插入使得换热系数和压降显著提高且Lightnin元件产生的影响更明显。元件长径比和CMC溶液浓度影响流体在管道内的流动和换热。随着长径比的减小,传热性能得到提高,但其增大的阻力系数影响占据主导地位,综合换热性能系数(PEC)降低。溶液浓度的增大使得管道换热能力逐步削弱,并对管道内压降的提升有显著影响,综合换热性能降低。总结得出,在体积流量为4.5×10^(-4)m^(3)/s,质量分数为0.374%、长径比为3.0时,KSM的PEC最大为2.114。

机械搅拌对非牛顿流体速度场与温度场影响的研究

热沙浴所用沙是一种非牛顿流体,高表观黏度使其传热特性较低,对其均匀加热带来不便。该文使用计算流体动力学分析了不同转速下三根螺旋搅拌轴对沙体产生的流动特征,研究了搅拌轴转速、离底高度、轴间距等结构参数对搅拌过程中速度场、温度场、有效搅拌体积分数、加热时间等的影响。研究结果表明:沙体有效搅拌体积分数随转速的增大而增大;未搅拌时沙体受热后的最大温差为10℃,而当有效搅拌体积分数最高时沙体受热最大温差为3℃;螺旋搅拌轴在初始安装位置转速为40r/min时,将Z=23cm平面加热到42~45℃所需时间为10 h,与静态加热相比,加热速率提高了120%,调整安装位置后加热时间缩短至8 h,加热速率提高了175%,缩短了加热时间,消除了热量分布不均问题。

新型非牛顿流体减振器对滚筒洗衣机减振降噪效果的研究

滚筒洗衣机通常采用的摩擦式减振器在低载荷高频脱水时减振效果不理想,导致了洗衣机机壳产生了剧烈振动。针对这一问题,该文提出了一种新型非牛顿流体变阻尼减振器,基于非牛顿流体剪切稀化特性和阻尼器孔内一维黏性流动方程研究了其对洗衣机运行时的振动抑制效果及物理机制。相对传统的固态摩擦式减振器,非牛顿流体具有明显的剪切稀化特性,使得在高频工况下非牛顿流体变阻尼减振器的输出阻尼力显著减小,克服了传统减振器高频表观弹性系数增大的缺陷。系统研究了不同结构参数的减振器对洗衣机低负载偏心运行下的减振作用,证明了较小的间隙高度更有利于振动能量的耗散,适当增大非牛顿流体的黏度或增加阻尼头的数量可以增强振动抑制效果,同时也可以起到良好的降噪功效。结果表明,通过合理的阻尼结构设计与非牛顿流体配比,变阻尼减振器可以对洗衣机整个洗涤过程尤其是高频甩干环节产生良好的减振效果,加速度衰减比最高可达83.49%,能量衰减了98.44%,噪音降低了10.38 dB。

非牛顿流体搅拌流场的数值模拟研究进展

对非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中的控制方程、旋转桨叶的处理以及数值计算方法三个方面进行了综合论述。阐述了广义牛顿流体模型形式简单、计算量低,在非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中应用广泛;黏弹性流体本构方程具有高度的非线性,采用计算流体力学(CFD)方法对其搅拌流场进行数值模拟难度较高,目前仍处于起步阶段;通过合理简化黏弹性流体本构方程以及采用恰当的数值离散方法,有助于在黏弹性流体的搅拌流场数值模拟中取得进展。

双轴表面更新型搅拌釜中高粘牛顿流体与非牛顿流体的功耗

实验测定了双轴表面更新型卧式釜中采用三种不同形式的搅拌桨、多种桨间距、广泛的粘度范围内牛顿流体和非牛顿流体的功率特性;统一关联了牛顿流体与非牛顿流体的搅拌功耗,得到:N_PRe=C(l/D_f)^(-1)(V_L/V~*)~D式中的C、D是搅拌桨的结构参数.实验结果还表明,该装置的Metzner常数是转速的函数.

血浆是非牛顿流体

作者用自己研制的旋转式毛细管粘度计，在压差0～2．73mmHg、壁面切应力10～1900mPa范围内，测定了血浆的屈服应力和流动曲线，并以牛顿流体水、甲醇和非牛顿流体血为对照。结果显示：当△P＜2．28wmHg，τw＜1500mPa时，血浆为非牛顿流体。并与血的变化规律相似。

牛顿流体中的固体颗粒运动模型分析及应用

从更普遍的情况出发,重新推导了任意流体流速及固液密度条件下的牛顿流体中的固体砂粒运动(沉降或上升)末速计算模型。根据已有的实验结果,分析比较了过渡区和层流区各种阻力系数模型计算的准确性,以及各流型之间过渡时的基本变化特征。结果表明,层流区各阻力系数模型计算结果相差不大;过渡区阻力系数计算模型中,窦国仁、董长银、Кляико、S.H.A llen、冈恰洛夫5种公式准确性依次变差;层流区向过渡区的计算结果转变比较平滑,而过渡区向紊流区的转变明显不连续。

SiO_2/聚乙二醇非牛顿流体流变性能研究

利用应力控制流变仪考察了SiO2/聚乙二醇分散体系稳态和动态的流变性能.实验结果表明,该体系具有剪切变稀和可逆的剪切增稠现象.稳态应力实验中,当应力较小时,体系具有剪切变稀现象,而在剪切应力(!)大于临界剪切应力(!cs,!cs=9.99Pa)后,体系粘度急剧增大.在动态实验中,剪切应力小于临界剪切应力(!oc,!oc=15.85Pa)时,储能模量G′减小,耗能模量G″与复合粘度η!基本不变,但!>15.85Pa后,G′、G″及η!同步增大,且在所研究的应力范围内,G″均大于G′.同时还考察了测试频率、分散相含量以及分散介质平均分子量的差别对流变性的影响.!oc随测试频率的增大而变大;SiO2质量分数越大,!oc基本不变,但增稠现象变得更明显;与平均分子量小的PEG200体系相比,平均分子量大的PEG400体系,!oc并未发生改变,但在增稠之前体系的粘度较低,增稠之后体系粘度增大的幅度较大.

非牛顿流体材料在工业领域的应用与展望

近年来,非牛顿流体材料凭借特殊的流变性能而使其应用领域逐渐扩展。为了进一步把握非牛顿流体的应用现状和发展趋势,文章对此进行了综述。文章在简单介绍非牛顿流体的分类以后,重点阐述了非牛顿流体型材料在流体流变性能改善、阻尼制动装置制造、个体防护装备制造以及精密机械加工等领域的应用现状及成果。最后文章进行了总结并指出非牛顿流体型材料的主要发展趋势是其材料本身更加智能和流变性能更加可控。

非牛顿流体的稳定性及其流态判别

针对非牛顿流体的稳定性问题及其流态判别的研究 ,将整体稳定性理论及局部稳定性理论应用于塑性流体和幂律流体在同心环空的流动中 ,建立和推导出相对应的判别流动状态的稳定性参数表达式。这些参数的临界值与牛顿液体流态准数雷诺数的临界值 ,同样具有与液体流变性无关的特点。文章还系统地阐述了非牛顿流体各种稳定性参数的含义 ,并应用文献资料所提供的实验数据 。

非牛顿流体流态判别方法的研究

正确判别和选择非牛顿流体泥浆、水泥浆的流动状态 ,对优选钻井水力参数 ,避免两相流体作垂直运动时的界面相互掺混作用是非常有意义的。本研究在分析现有方法存在问题的基础上 ,从判别流态的基本概念出发 ,应用流道上的平均视粘度 ,建立了幂律流体判别流态的新方法。该方法包括流体在管内或环空流动时 ,平均视粘度、雷诺数等参数的表达式及平均视粘度在截面所处的位置。将该方法与幂律流体常用的流态判别方法、局部挠动流态判别方法对比 ,并进行试验验证 ,说明文中提出的方法含义清楚 ,符合实际 。

搅拌槽内非牛顿流体流动场的数值模拟

对搅拌槽内非牛顿流体湍流流动的数值研究还很缺乏。文中尝试利用k ε模型计算了假塑性流体羧甲基纤维素钠 (CMC)水溶液在搅拌槽内的三维流动场 ,并与粒子成像测速 (PIV)法测得的实验结果进行了比较。计算结果表明 ,非牛顿流体CMC水溶液的宏观流动场与牛顿流体 (水 )的流动场有较大差异 ,主要是主体流动减弱 ,并在叶端附近形成涡旋流动。主体流动区内的速度分布与PIV测量结果吻合较好。剪切速率在槽内的分布相差较大 ,桨叶附近与槽壁处的剪切速率较大 。

三相牛顿流体缩放型导流筒气升式内环流反应器研究

从气相含率、液体循环速度和体积氧传质系数方面研究三相牛顿流体条件下的缩放型导流筒气升式内环流反应器内的流体力学与传质特性。内导流筒分别采用一种传统圆柱型和三种不同结构参数的缩放型， 实验条件为空气水树脂三相系统。实验结果表明， 与传统圆柱型导流筒相比较， 缩放型导流筒气相含率和体积氧传质系数分别提高８ ％ 和１０ ％ 以上。圆柱型导流筒反应器的液体循环量（ Ａｒ·ＵＬｒ） 大于各含缩放型导流筒反应器的液体循环量。在固含率分别为０ ％ ，３ ％ ，６ ％ 及９ ％ 条件下， 气相含率和体积氧传质系数随固含率的增大而提高， 液体循环速度随固含率的增大而减少。此外还在Ｈｉｇｂｉｅ 穿透理论和Ｋｏｌｏｍｏｇｏｒｏｆｆ

非牛顿流体在配注器波纹杆环空中流动的数值模拟

按照3种波纹配注器的实际尺寸,建立了波纹环空流道的模型,调入CFD计算软件PHOENICS的VR编辑环境中,在柱坐标系下,采用局部加密正交网格,应用非牛顿流体的幂律模式和k-ε湍流模型,计算了不同流性指数的非牛顿流体的流动,给出了非牛顿流体流场的速度和压力分布曲线;并对比了3种不同形状的波纹环空非牛顿流场特性,讨论了锤体数、流性指数、流道形状对流动特性的影响.计算结果表明:锤体数、流性指数及流道的形状对压力分布的影响很大.该计算结果对波纹环空流道的形状选择具有指导意义.

非牛顿流体中气泡群传质的研究

CO2气泡群在液相中的传质在化工过程中广泛存在。对CO2气泡群在3种不同流体(牛顿流体、非弹性剪切变稀流体和黏弹性剪切变稀流体)中的气液传质过程进行了研究。利用CO2探针测定了不同操作条件下CO2的体积传质系数,考察了液相浓度,气体流量以及流变性质对体积传质系数的影响。结果表明:在3种流体中,体积传质系数均随气体流量的增大而增大,随液相浓度的增大而减小。流体的黏弹性对传质具有抑制作用。基于实验数据,提出了一个新的预测泡群传质系数的经验关联式,在上述3种流体中,该关联式的预测值与实验结果吻合良好。

非牛顿流体研究进展及发展趋势

鉴于非牛顿流体在工业生产和日常生活中占有重要地位,详细总结了近两年来国内外非牛顿流体在各个研究领域内的研究近况,对非牛顿流体今后的研究趋势作了预测。最近,国内外对非牛顿流体的研究主要集中在非牛顿流体流变特性、非牛顿流体气液两相流流动、非牛顿流体的传质和传热以及非牛顿流体数值模拟方法等8个方面。今后,在对非牛顿流体研究的众多内容中,其首要解决的问题是非牛顿流体微观结构和流变特性的相互关系,流动规律准确的数值模拟以及非牛顿流体的新机能及相关设备的开发。

非牛顿流体的差分方法研究

用解析方法求解非牛顿流体的流动方程是非常困难的 ,工程上通常采用有限差分方法对其进行数值求解。为避免用势梯度分量差分方法求解非牛顿流体渗流问题所带来的偏差 ,提出了求解非牛顿流体渗流问题的势梯度模差分方法 ;从理论上分析了势梯度分量差分方法存在的缺陷 ,即非牛顿流体的渗流微分方程与之相对应的分量差分方程不相容。最后以Bingham原油为例揭示了二种方法在数值上的差别。

非牛顿流体冶金熔渣的流变特性

用自行改造设计的可变速高温粘度计测定了熔渣在不同的温度和添加物（如煤，焦炭和ＣａＯ）条件下剪切速率和剪切应力的关系。建立了熔渣的本构方程，确定了流变特性参数，并探明温度和添加物对熔渣流变特性的影响规律。提出的测定熔渣非牛顿流体流变特性的方法和试验结果，为熔渣泡沫化理论的深入研究提供了一个新思路。

非牛顿流体在非均质油藏渗流压力场实验

在非均质油藏模型上进行非牛顿流体流动物理模拟实验,对比研究水驱、聚合物驱和交联聚合物对提高石油采收率的影响.通过布置高精度的压差传感器测量不同驱替过程模型中的渗流压力场的动态变化,成胶后的交联聚合物封堵了高渗条区,改变了油藏内流体流动方向,驱替出低渗区内油,提高了采收率.