纳米尺度Poiseuille流动中气体黏度的分子动力学研究

受壁面作用和稀薄效应等的影响,微纳尺度通道内的气体流动有别于宏观流动现象.采用分子动力学方法,研究纳米通道中气体的Poiseuille流动,主要对通道内气体黏度特性进行了分析.利用牛顿粘性定律,定义了气体的当地等效黏度.根据模拟结果,可将纳米通道内气体划分为中心区和近壁区两个部分,中心区气体当地黏度与宏观黏度一致,但是在近壁面区,气体受到壁面原子的作用,气体的当地黏度小于宏观黏度值.研究发现:1)不同的气体密度、流固作用势能以及温度下,通道中心区域的气体当地等效黏度均符合对应温度和压强条件下的气体宏观实测黏度值;2)在纳米尺度气体流动中,气体密度越小,稀薄程度越高,气体偏离热力学平衡态越远,所以壁面对气体等效黏度的影响随密度的减少而增大,壁面影响厚度也随之增大;3)气体黏度的壁面影响厚度在10 nm量级,该厚度不随温度和流固作用势能的变化而变化,但是密度越小,壁面影响厚度越大.

圆管内高聚物湍流减阻流动特性研究

高聚物湍流减阻可降低传输过程中的流动阻力和能耗,研究其减阻特性具有工程应用价值。文章采用等效黏度模型和湍流模型,利用计算流体力学方法建立三维模型,结合减阻参数,模拟了流动速度和高聚物浓度等影响高聚物减阻的主要因素,分析了管道内湍流减阻的流动特性及减阻规律。结果表明:圆管管道内高聚物湍流减阻率随减阻参数的增大而增大,其最大减阻率约在50%处,而后减阻效果降低,且管道内流速越大,减阻效果越好;管道中雷诺应力分量、湍动能、涡黏系数、湍流涡耗散随减阻参数的增加逐渐降低,当减阻参数为28时,高聚物湍流减阻效果最好。

改性沥青的高温性能评价指标研究

为准确评价改性沥青的高温性能,通过常规性能试验和动态剪切流变试验测试复合SBS改性沥青、胶粉改性沥青、SBS改性沥青的当量软化点、车辙因子、等效黏度等高温性能指标,同时分析老化对改性沥青各高温性能指标的影响。研究表明:G^(*)/(sinδ)^(9)对相位角敏感程度较高,相比于G^(*)/sin^(δ),其更适合评价和表征改性沥青的高温性能。G^(*)/(sinδ)^(9)的临界温度T明显高于G^(*)/sin^(δ),而G^(*)/sin^(δ)的T值不宜用来计算表征改性沥青的高温性能分级。η'=sinδ−4.8628G^(*)/ω与抗车辙因子G^(*)/(sinδ)^(9)的相关性最好,相关系数均在0.9以上,更适合作为改性沥青的高温性能评价指标。复合SBS改性沥青高温性能最优,胶粉和SBS改性剂复合改性相比于胶粉或SBS改性能够有效提高沥青的黏度和弹性。

低液气比混合润滑下的动压密封性能分析

针对小液滴均匀分布在气相中的两相润滑状态下的密封工况,建立气液混合物理模型,推导气液两相混合流体的等效黏度,建立气液混合润滑动压密封端面间的气液混合润滑Reynolds方程。利用MATLAB软件编写有限元程序求解气液混合润滑Reynolds方程,得到动压密封端面间气液混合流体的压力分布及密封性能参数,并分析在操作工况一定时,液气比对密封性能的影响。分析结果表明:在相同的膜厚下,液滴增强了端面流体动压效应;动压密封在运转过程中,端面密封间隙、摩擦功耗和质量泄漏率随液气比的增加而增加,体积泄漏率随液气比的增加而减少,而刚度随液气比的增加先增加后降低,存在最大值。

薄膜润滑中的微极流体效应

利用考虑微结构与微旋效应的微极流体理论来研究薄膜润滑的特性。微极效应将引起等效黏度的增加,从而影响油膜厚度。它对压力分布和膜厚形状的影响很小。数值模拟结果表明,等效黏度的增加效应与实验值有很好的类似性。

基于瞬态弹流润滑问题的热效应及非牛顿效应分析

以钢制接触副为例,分析在椭圆接触区中由冲击载荷引起的瞬态弹流润滑问题,综合考虑润滑剂的流变性和热效应,分别求得Newton流体等温解、Ree-Eyring流体等温解、Newton流体热解及Ree-Eyring流体热解。为提高计算效率,采用简化的数值方法计算非牛顿流体的等效剪应力和等效黏度,并通过稳态算例的对比证实这种简化方法和精确性和可靠性。考察热效应和非牛顿流体特性对计算结果的影响,结果表明对此类时变问题,热效应比非牛顿效应更显著。

湍流减阻多级转换特性及湍流特性分析

为了研究在槽道湍流中加入少量高分子聚合物产生减阻后存在一种多级转换现象,将近年来在减阻领域提出的对拉伸高分子自洽的线性等效黏度模型应用于Navier-Stokes方程,并使用雷诺应力方程模型研究高分子湍流减阻效果.数值模拟得出了各减阻程度下的减阻率,为了找出不同减阻区之间的转变点,与文献中直接数值模拟结果进行了对比,验证了模型在该问题上的可行性.对各减阻阶段上常见的湍流特征值如时均速度、雷诺应力、黏性应力、湍流强度进行数值上的比较,并与文献中的试验研究以及直接数值模拟结果进行对比,找出其变化规律,得出湍流在各减阻阶段上流动稳定性方面的特点,以期深化对湍流减阻机理的认识,为湍流流动控制提供参考.

微纳尺度下Couette流动的分子动力学模拟

为了研究微纳尺度下流体密度、壁面剪切速度以及不同材料的壁面对流体流动特性的影响,采用分子动力学方法对流体在微纳尺度下的Couette流动进行模拟。研究结果表明:随着流体密度增加流体与壁面作用力增大,壁面对近壁流体的束缚也增强,近壁面处流体粒子自由运动减弱导致流体扩散能力下降,同时流体等效黏度随密度增加而增大,滑移量减小;壁面剪切速度增大,导致近壁面处流体粒子数减少,流体等效黏度降低,流体粒子在通道中更容易进行无规则自由运动使其扩散能力增强;通过改变壁面材料,发现金属壁面作用力强于非金属,在金属材料近壁面处更容易吸附较多流体粒子,导致金属壁面附近流体等效黏度较大,滑移量相对较小。

粗糙元对单裂隙渗流影响的格子Boltzmann方法模拟及分析

岩体单裂隙中的粗糙结构会对流体流动性能产生一定影响,但实际粗糙结构复杂无序,很难通过直接研究认识到其作用机理.本文在单裂隙中构造了参数化的人工粗糙元,并基于格子Boltzmann方法自行编写了程序,对单裂隙中不同间距、高度和数量的粗糙元作用下的渗流场进行数值模拟,定性分析了速度场、压强场、角速度场的变化规律;在定性分析的基础上提出了等效黏度的宏观描述方式,定量分析了粗糙元对等效黏度的影响.结果表明渗流场中粗糙元的存在造成了一系列涡旋,增大了等效黏度;涡旋本身具有局域性但作用的范围很大;在低速渗流条件下这些粗糙元附近的涡旋互不影响,可以划分成若干个相互独立的含涡区,这种划分对于理解涡旋对等效黏度的影响有很大帮助.