Bingham流体在圆管中螺旋结构流的稳定性参数

以分析Ｂｉｎｇｈａｍ流体螺旋结构流的基本参数——流核半径以及梯度区的视粘度和速度分布为出发点，在Ｈａｎｋｓ等人提出的纯粘流体层流流动稳定性参数的基础上，提出了判别圆管内Ｂｉｎｇｈａｍ流体螺旋结构流流动状态准数——稳定性参数Ｊ，推导出稳定性参数的计算公式，并在分析处理实验数据的基础上，确定了流态转换时临界稳定性参数。结果表明，在过流断面上的某一位置处，稳定性参数达到其最大值，当其值大于临界稳定性参数时，流动紊流；反之。

精确计算Bingham流体圆管层流压降及速度分布规律的新方法

Bingham(宾汉)模型情况下,多采用通用公式进行圆管层流压降的解析计算,即将Bingham模型本构方程代入粘性流体圆管层流流动通用公式进行计算,仅能得到压降的解析解.新方法结合Bingham流体本构方程与运动方程,建立有关力学平衡方程,并运用代数方程的根式解理论对圆管层流流动时的非线性方程进行求解,可直接求得Bingham流体圆管层流压降及速度流核区半径的解析解,进一步可求得圆管层流速度解析解;Bingham流体圆管层流速度的直接影响因素为流量、塑性粘度和屈服值,研究发现速度流核宽度与屈服值成正比,与流量及塑性粘度成反比,且流核的宽度越大,流核区的速度越小.

Bingham流体中蛋白质气泡动力学特性研究

根据粘弹性蛋白质气泡有限变形的应力方程,利用Bingham流体的本构关系,得到Bingham流体中蛋白质气泡在内外压力差、弹性有限变形应力及粘性耗散产生的应力共同作用下内径的非线性振动方程.运用数值方法求解该方程,对蛋白质气泡有限变形的振动特性进行分析.研究了流体的静压力、Bingham流体的特性参数、蛋白质膜的粘弹性对蛋白质气泡振动特性的影响.结果表明,蛋白质气泡膜的振动具有非线性特性,降低气泡内外的压力差,振幅减小,振幅随时间衰减变慢,振动频率降低,平衡时气泡变形小,变形达到平衡时所需的时间也相对较短;增加Bingham流体的塑性粘度会使振幅衰减速度加快,频率降低,平衡时气泡变形小;增加蛋白质膜的粘弹性会抑制气泡的振动,增强气泡承受载荷的能力.

定向井偏心环空中Bingham流体层流螺旋流流动特性

根据非牛顿流体力学基本原理及定向井偏心环空的几何特点,导出了倾斜偏心环空中Bingham流体层流螺旋流流场视粘度函数、速度函数的解析表达式。并对偏心环空螺旋流场的流动特性进行了计算分析。

Bingham流体数值模拟粘塑性方法

对 Bingham流体给出了罚函数逼近和正交投影的隐式求解方法 ,把 Bingham流体处理为粘塑性体 ,利用对粘塑性体的求解 ,在有限元法的实施中 ,采用了减缩和选择积分技术以克服压力的“自锁”问题 ;使用一维变带宽存储的 Pre-Bi-CG法和 Newton-Raphson方法求解非对称的非线性方程组 ;在时间域内使用无条件稳定的后 Euler时间积分格式 ,有效地模拟了

Bingham流体在旋转圆盘上流动的数值解

导出了描述Ｂｉｎｇｈａｍ流体在旋转圆盘上流动的基本方程，用差分方法数值解薄膜厚度分布方程，得到二种类型的厚度分布。数值解分别和计算机磁盘的厚度分布，Ｊｅｎｅｋｈｅ等的实验结果定性一致。

BINGHAM流体环空管流流动及传热规律研究

结合BINGHAM流体的本构方程、管流运动方程及能量方程 ,推导了BINGHAM流体环空管流速度分布及温度分布。由于BINGHAM流体具有屈服值 ,环空管流流动中会形成流核。流核的宽度与屈服应力成正比 ,与广义压力梯度呈反比。流核中心线偏离环空中心线 ,且偏向环空内侧。环空内外径之比越小 ,相对偏离越远。在其他条件不变的情况下 ,当屈服应力增大时 ,速度分布剖面变得愈扁平。当其他条件不变时 ,流核速度随环空内外径之比减小而增大。流核内温度变化比环空内外侧明显小 ,随屈服应力的增大 ,温度分布剖面愈扁平。

Bingham流体在层流反应器中的停留时间分布

依据Bingham流体在层流反应器中的速度分布，导出流体停留时间分布函数E（θ），F（θ）的数学表达式。

使用GEM求解Bingham流体在非均匀介质中的渗流问题

用GEM(green element method)求解了一维Bingham流体在均匀介质中的渗流问题,并与边界元方法进行了比较,发现两者基本吻合;给出了二维Bingham流体非均匀介质渗流方程使用GEM的求解过程及运算结果,并从Bingham渗流机理方面验证了GEM的可靠性.

Bingham流体在低渗透多孔介质中球向渗流的分形模型

基于分形理论及广义达西定律研究了非牛顿流体Bingham流体在各向同性多孔介质中球向渗流问题,推导了Bingham流体球向渗透率和启动压力梯度的解析表达式.研究结果表明球向渗透率随径向距离和迂曲度分形维数的增大而减小,随孔隙率的增大而增大;启动压力梯度随径向距离、屈服应力和迂曲度分形维数的增大而增大,同时也随毛细管最大直径的增大而减小.

Bingham流体双自由面热毛细液层的稳定性分析

热毛细对流是流体界面温度分布不均导致的表面张力梯度驱动的流动.它主要存在于空间等微重力环境或小尺度流动等表面张力占主导的情况中.在很多工业领域,如晶体生长、聚合物加工、喷墨打印、微流控,产品质量都与热毛细对流密切相关.空间3D打印是太空制造的重要技术,可以支持空间站的在轨长期有人照料的运行和维护,实现按需制造.本文以聚合物流体的空间3D打印为应用背景,采用线性稳定性理论研究了Bingham流体双自由面热毛细液层的稳定性,得到了在不同Bingham数(B)下的临界Marangoni数(Mac)与Prandtl数(Pr)的函数关系,分析了临界模态的流场和能量机制.研究发现:该流动的临界模态包括流向波和斜波模态,与B, Bi和两界面垂直方向上的温差(Q)相关. B和Bi的增加会增强热毛细对流的稳定性.当Q=0时,扰动温度分布分成对称和反对称两种情况.当Q> 0时, Pr的增加会减弱流动稳定性.在小Pr情况下,扰动温度分布在整个流场,在大Pr情况下,扰动温度在栓塞区为零.能量分析表明:扰动动能的主要能量来源是表面张力做功,但小Pr数下基本流也有一定贡献.

Bingham流体在双重多孔介质中径向渗流的分形模型

利用分形理论提出了Bingham流体在双孔隙率双重多孔介质中径向渗流的分形模型,得到了Bingham流体在双重多孔介质中启动压力梯度梯度及渗透率的分形解析表达式,它们可以表示成多孔介质的微结构参数和类树状分形分叉网络的结构参数、井筒半径及屈服应力的函数。研究结果表明Bingham流体在双孔隙率双重介质中的启动压力梯度随基质孔隙率及渗透率的增大而减小,随井筒半径的增加而增大。该理论模型与已有的理论解析结果吻合较好,证实了本模型的有效性。

Bingham流体数值模拟的双罚函数—正交投影的隐式求解方法

本文对Ｂｉｎｇｈａｍ流体给出了双罚函数逼近和正交投影的隐式求解方法·这个方法把Ｂｉｎｇｈａｍ流体处理为承受不等式应力约束的Ｎｅｗｔｏｎ流体的逼近解·有效地模拟了可以出现流动或不流动的“刚性核”的Ｂｉｎｇｈａｍ流体的流动问题·

一类混合型变分不等式及在Bingham流体中的应用

本文提出并研究了一类新的混合型变分不等式.在给出了抽象的存在性定理之后,讨论了它在 Bingham 流体中的应用.

Bingham流体阵性流动立面二维计算及分析:阵流速度、形态和床面阻力

通过立面二维计算,研究了Bingham流体阵性流动向充分发展状态过渡的过程,在较宽的参数范围内给出了充分发展状态下的无量纲阵流速度U8,以及它对倾角v,无量纲径流量Q*和黏度μ0*的依赖关系.对一个典型算例,显示了阵性流的波动特征和充分发展状态阵性流所具有的急流形态,分析了重力和床面阻力的沿程分布,以及流场的速度分布.

使用同轴双圆柱流变仪获取Bingham流体流变参数

分析了使用同轴双圆柱流变仪测试Bingham流体流变参数(屈服应力和塑性黏度)时,非剪切区对转速–扭矩曲线的非线性和连续性的影响,以及非剪切区对Bingham流体剪切应变速率的影响。对使用转速–扭矩曲线的线性段来获取Bingham流体流变参数的可行性进行了分析,提出了使用同轴双圆柱流变仪,在考虑非剪切区存在与否的情况下,利用剪切应力–剪切应变速率曲线获取Bingham流体流变参数的方法。同时,提出了剪切应力–剪切应变速率计算过程中的去噪声方法,实现了剪切应力–剪切应变速率曲线的高精度获取。

两个等径蛋白质气泡在Bingham流体中振动特性

利用黏弹性膜构成的蛋白质气泡有限变形方程,并考虑一个气泡在Bingham流体中振动产生的Bjerknes力对另一个气泡振动特性的影响,建立了两个等径蛋白质气泡在Bingham流体中振动的非线性方程.利用数值计算方法求解该方程,结果表明,增加Bingham流体的塑性黏度,蛋白质气泡振幅衰减速度加快,振动周期增加,频率减小;当两个气泡间的距离减小时,气泡振动频率会增加,振幅衰减速度加快;初始半径小的气泡振动频率高,振幅衰减快,而且振动的频率和振幅衰减的速率越大;与单个气泡相比,两个蛋白质气泡在Bingham流体中振动时,振动具有更高的振动频率,而且振幅衰减速度更快.

超光滑光学表面的磁性类Bingham流体确定性抛光

利用磁性抛光介质在梯度磁场作用下呈现出具有粘塑性的类Bingham流体的特点,实现了对具有超光滑表面精度要求(表面粗糙度一般低于0.5nm)的光学元件,特别是应用于接近衍射极限的短波段光学元件的确定性抛光.磁流体与被抛光工件间的相对运动导致工件表面抛光区域产生较强的剪切力,从而去除工件表面材料.通过控制梯度磁场的敏感参量如磁场强度、磁极间距等获得磁场中类Bingham流体形成柔性抛光带的形状及工作状态的实时响应.去除函数和去除率曲线反映了磁流体抛光符合经典Preston抛光模型,并突出体现确定性去除这一特点.磁流体抛光全过程中去除函数向外周呈稳定的高斯分布状光滑渐变化趋势.抛光结果表明,配制成功的初始粘度0.5Pa·s的标准磁流体抛光液可实现对超光滑光学元件确定性抛光,弥补传统接触式或压力式光学抛光呈现较大下表面破坏层、去除确定性不高等缺点,抛光35min后工件表面粗糙度由最初17.58nm收敛到0.43nm.

蓝宝石光学曲面柱形宽缎带磁流变抛光仿真分析及实验研究

目的针对目前光滑无损伤光学曲面蓝宝石加工成本高、效率低的问题,对加工过程中磁流变抛光缎带进行流体仿真,进而优化抛光轮表面结构。方法设计并提出3种表面结构柱形宽缎带磁流变抛光轮,介绍了磁流变抛光轮加工的基本原理,建立了磁流变抛光垫Bingham流体特性加工仿真模型,分析了3种抛光轮表面结构对工件表面磁通密度模、流场流速、流场压力分布的影响。同时对3种抛光轮的抛光效果进行了实验探究,探究了抛光轮表面结构对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响规律。结果仿真结果表明,抛光轮表面槽型结构具有能增强磁通密度模、增大流体流速和流体压力的特性。实验结果表明,螺旋槽抛光轮的抛光效果最好,在螺旋抛光轮作用下,材料去除率为0.22mg/h,抛光后蓝宝石表面粗糙度为1.08nm。最终抛光轮近壁区总压力和速度的乘积结果与抛光轮实验去除率结果具有较好的一致性。结论槽型结构可以提高抛光液在抛光轮表面的固着效果,影响工件表面流场运动状态,增强工件表面受到抛光垫的作用力。相较于光滑和横条槽抛光轮,螺旋槽抛光轮的抛光效率最高,表面粗糙度最低,可有效提高抛光效果。

宾汉流体稠密两相湍流流动中的二阶矩模型

建立的Bingham流体稠密两相流动的二阶矩_颗粒动力论湍流模型(USM_theta模型)既体现了两相的作用,又体现了屈服应力所引起的附加项,并提出了USM_theta模型下考虑浓度修正值影响的两相湍流流动的算法.利用该模型对圆管内Bingham流体的单相湍流流动、稠密液固两相的湍流流动进行了计算,并和五方程湍流模型进行了比较,结果表明该模型的预测效果更好.利用USM_theta模型对含颗粒的Bingham流体的两相湍流流动进行了模拟,随着屈服应力的增加,Bing-ham流体相与颗粒相在管道中心附近的主流速度减小.液固两相湍流和Bingham流体两相湍流的计算结果表明屈服应力引起的附加项对流动有很重要的影响.