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。

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。

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。

非牛顿流体滩涂钢板桩围堰泄漏量分析

以非牛顿流体淤泥为介质,采用ANSYS Fluent软件,对滩涂埋地管道抢修围堰不同位置的泄漏量进行研究,得到稠度系数、幂律指数、缝隙尺寸对围堰泄漏量的影响规律,并对围堰内部淤泥每小时上升高度进行了计算。结果表明:幂律指数小于1时,发生剪切稀化,淤泥表观黏度随剪切应变率的增加而降低;随着幂律指数的增大,泄漏量逐渐增加,淤泥表观黏度随幂律指数的增大而降低,尤其是幂律指数大于1时,泄漏量进一步增加,说明流体流动过程中剪切应变率小于1。稠度系数增大时,围堰的泄漏量逐渐降低;缝隙尺寸增加时,围堰的泄漏量显著增大。当幂律指数为0.3~0.5、稠度系数为3~9 kPa·s、缝隙尺寸为5~10 mm时,围堰内部淤泥上升的总高度对围堰内部施工影响很小。

非牛顿流体气泡羽流涡特性数值模拟研究

为进一步探究非牛顿流体中气液两相流流动特性规律,采用大涡模拟方法(LES)对非牛顿流体气泡羽流的涡特性进行研究。以清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液为研究对象,分析不同表观气速和液相流变特性下气体的运动速度、羽流结构、涡量及涡的演变规律。研究结果表明,涡的演变速率随非牛顿流体浓度的增加而减小。结合Q判据分析不同工况下涡特性分布,随着CMC水溶液浓度的增加流场中的Q值不断降低,且流场内涡的演变速率随着非牛顿流体特性的增加而减弱。

基于孔隙网络模型的非牛顿流体驱替模式研究

本文提出了一种考虑了流体可压缩性与非牛顿流体剪切流变性的非稳态孔隙网络模型,用以研究非混相驱替中的毛管指进、黏性指进和两者之间的过渡区这三种不同的驱替模式.通过在孔隙网络模型中饱和非牛顿流体,研究不同注入毛管数和不同黏度比情况下的注水驱替模式.结果表明,非稳态孔隙网络模型可以模拟再现三种不同的流体驱替模式,并提出特征前缘流量用于区分三种驱替模式.毛管指进的入口压力的相对波动较大且手指的无序生长会抑制前缘的移动速度,因此特征前缘流量变化较小.黏性指进会抑制指进横向生长和向入口方向的流动,入口压力在突破时快速降低.在过渡区,驱替流体倾向于占据由更大半径孔喉组成的少量路径,并以更大的特征流量向出口处快速突破,导致更细的手指与较低的驱替效率.本文还对比了被驱替相为牛顿流体时的情况.结果表明,剪切流变性会减弱被驱替相黏性阻力的影响,从而使得过渡区的范围更宽.本研究有助于更好地研究复杂流体间黏性力与毛管力对驱替模式的影响,对于提高油气采收率和二氧化碳地质封存效率具有现实意义.

动压辅助非牛顿流体抛光工具设计与工艺研究

针对非牛顿流体磨盘抛光材料去除率较低且不均匀的问题,开展动压辅助非牛顿流体抛光工具设计与工艺研究。通过增加压力可控的中心供液,形成动压液膜,实现动压辅助非牛顿流体抛光工具设计;分析填充材料Silly-putty力学特性,对传统磨盘抛光工况进行数值仿真;基于FLUENT分析动压辅助后抛光工具供液压力对加工区域液膜动压场、总压场和速度场的影响;基于Preston假设构建材料去除函数模型。对304不锈钢工件展开抛光工艺验证实验,结果表明:通过压力可控中心供液,可有效提高材料去除率及其均匀性;当供液压力为0.8 MPa、转速为1200 r/min、进给速度为6 mm/s时可获得最佳表面粗糙度(Ra=19 nm)和材料去除率(2.431 mg/min)。实验结果证明,动压辅助非牛顿流体抛光工具可有效提高抛光质量与效率,改善材料去除均匀性。

含蜡原油非牛顿流体黏度特性的分子动力学模拟

中国盛产含蜡原油,含蜡原油的表观黏度是其管道输送工程中重要基础物性参数。为探究含蜡原油降温剪切过程中非牛顿流体黏度变化的微观机理,用分子动力学模拟进行研究。通过计算分析同种分子的径向分布函数,发现在剪切作用下蜡晶分子的变化是影响含蜡原油黏度的主要原因;通过分析均方位移,发现在剪切作用下体系的扩散程度增加,宏观表现为剪切稀释性;通过分析键长和回转半径,认知在剪切作用下含蜡原油出现剪切稀释现象是由于分子键长的振动长时间受到限制,导致溶液的网状结构发生变化,分子链进一步拉伸变形,体系的黏度下降;同时,验证了利用Rouse Model方法模拟含蜡原油的黏温曲线是可行的。

基于非牛顿流体的体外反搏下冠状动脉血流动力学研究

目的:基于心血管患者的冠状动脉血管模型与血液的非牛顿黏性特征,通过计算和分析血管内血液流动的各个动力学参数,探讨增强型体外反搏对冠状动脉狭窄处血流动力学的影响。方法:基于心血管患者冠状动脉造影的CT图像,用Mimics软件对左冠状动脉及其主要分支进行三维重建;利用有限元方法,对冠状动脉模型进行流体力学计算。假设血管壁不发生变形,血液为不可压缩流体,血液黏性符合非牛顿流体规律,分别计算在体外反搏前和处于体外反搏时,在非定常速度进口的条件下的血流动力学参数的变化规律。结果:相对于体外反搏前,在体外反搏时,流线中的回流和二次流基本消失,而且在狭窄处下游,壁面剪切应力明显变大,振荡剪切指数明显变小。结论:体外反搏特征对冠脉血流动力学特征有重大改善,可以起到辅助治疗心血管疾病的作用。

一类时滞非牛顿流体在二维无界域上的适定性

该文研究了一类非自治的时滞不可压缩非牛顿流体在二维无界区域上的整体适定性.在外力项具有最低正则性时,该文结合空间区域分解技术和Garlekin方法建立了解的存在性,然后利用能量估计的方法得到了解的唯一性和稳定性.

凸轮转子泵抽送非牛顿流体的特性分析

为研究非牛顿流体在凸轮转子泵内的流动状态,以三叶摆线型凸轮转子泵作为研究对象,选取猪粪作为抽送介质,采用数值模拟的方法计算抽送不同气相和固体颗粒的猪粪时凸轮转子泵的内部流动。结果表明:气泡直径、固相浓度和颗粒直径对凸轮转子泵的性能影响较小,而表观黏度和幂律指数对其性能的影响较大;随着幂律指数的增大,流量脉动系数增大,一定程度降低凸轮转子泵的运行稳定性;随着表观黏度的增大,平均流量和容积效率逐渐变大,而脉动系数逐渐减小,一定程度增加凸轮转子泵的运行稳定性。本文的研究结果为凸轮转子泵输送非牛顿流体时的优化设计提供了参考。

基于相场法对非牛顿流体中气泡聚并行为特性的仿真分析

气液两相流因稳定性好被广泛应用于化工生产的各个领域,其中气泡的聚并行为对气泡的大小、形状及运动有显著影响,这些参数直接影响如生物反应器、鼓泡塔等化工设备的相间传质传热过程和工艺性能。使用相场法通过仿真软件对非牛顿流体中的气泡聚并行为进行讨论,分别以气泡在对称分布、偏左分布或偏右分布三种相对位置情况下从竖直气泡、水平气泡和随机气泡三个方面分析对比了气泡的位置和分布对其聚并行为的影响。结果表明,在非牛顿流体中,气泡的相对距离和流体的流动特性都是气泡聚并能否发生的关键因素,它们在气泡处于不同的分布情况下表现出不同的作用规律;另外气泡在不同分布的情况下,其运动规律也表现为不同的特点。

金属手表外壳非牛顿流体磨盘抛光工艺参数研究

针对智能手表金属表壳手工抛光效率低、加工精度要求高的现状,提出采用非牛顿流体磨盘抛光方式进行工艺研究。通过对金属手表外壳进行非牛顿流体磨盘抛光工艺试验,研究抛光压力,抛光头转速,抛光时间,磨料粒径对表面粗糙度Ra,材料去除率MRR,光泽度G,以及工件表面形貌的影响规律。结果表明,当抛光压力为11.56 N,抛光头转速为1800 r/min,抛光时间为20 min,磨料粒径为0.05 μm时,获得最小表面粗糙度Ra值为20 nm,最大材料去除率MRR为151.47 nm/min,最大光泽度G为460 Gu,表面形貌良好无明显划痕产生,获得光滑镜面效果。

瞬态非牛顿流体非定常流动问题的等几何分析

非牛顿流体非定常流动问题是指流动过程中流体的物理性质随时间变化的复杂流动问题,为了改进传统分析方法在处理复杂流动问题上精度及效率不足的缺陷。本文从经典N-S方程入手,推导出了一种高效等几何求解方法,通过选择合适的等效流动参数,确定等价定常流动条件,将复杂非定常问题转化为一组等价的定常流动问题。最后以平板拖曳模型为例,得到了各时刻流体的速度分布,并与商业分析软件进行对比,通过不同的迭代步长的计算精度,来验证该方法的计算效率。该方法能帮助工程人员更好地理解流体的流动特性,为设计优化工艺过程和提高机器设备的效率提供重要的理论依据。

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 。

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。