Oldroyd-B黏弹性液滴撞击弯曲壁面的数值研究

液滴撞击弯曲壁面现象广泛存在于冶金、化工和航空航天等领域,在某些场景下,液滴混入高分子聚合物后会表现黏弹性特性,为了进一步认识液滴黏弹性对撞击弯曲壁面的影响,对黏弹性液滴撞击弯曲壁面的过程进行数值模拟研究.研究基于相场方法和格子玻尔兹曼(LBM)方法,采用应力场分布函数求解Oldroyd-B本构方程,并施加适用于弯曲壁面的接触角模型,发展了固-液-气三相黏弹性流体模拟方法,对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击弯曲壁面问题进行数值模拟,主要研究了黏度比β、韦伯数We和壁面接触角θ对撞击过程的影响.结果表明:撞击过程主要包括4个阶段:运动阶段、铺展阶段、拉伸阶段和撕裂阶段.黏度比β越低,液滴在铺展拉伸阶段动能衰减越慢,转化的表面能更多,但更早进入撕裂阶段,液滴撞击弯曲壁面后,更容易脱离壁面.韦伯数We较小时,液滴主要在壁面处附着或反弹;We较大时,液滴会撕裂并脱离壁面,We越大,液滴在铺展拉伸阶段动能衰减越快,进入撕裂阶段更慢.壁面的亲疏水性会影响液滴最终的状态,疏水性越高,对铺展阶段的阻碍作用越强,液滴越容易发生撕裂和脱离.

Oldroyd-B黏弹性液滴弹跳行为的改进SPH模拟

基于光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的弹跳行为进行了模拟与分析。首先,为了解决SPH模拟黏弹性自由表面流出现的张力不稳定性问题,联合粒子迁移技术提出了一种改进SPH方法。然后,对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的铺展行为进行了改进SPH模拟,与文献结果的比较验证了方法的有效性。最后,通过降低Reynolds数捕捉到了液滴的弹跳行为;并在此基础上,分析了液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴弹跳行为的影响。结果表明,改进SPH方法可有效地模拟黏弹性自由表面流问题;液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴最大回弹高度均有显著的影响。

基于广义Oldroyd-B流体问题的高维多项时间分数阶偏微分方程的解析解

提出两类高维多项时间分数阶偏微分方程的模型,此模型可用来描述广义黏弹性Oldroyd-B流体的剪应力和剪切速率之间的非线性关系.采用分离变量法将此分数阶偏微分方程转化成分数阶常微分方程,从而得到此高维多项时间分数阶偏微分方程的解析解,解的形式以多重Mittag-Leffler函数的形式给出.

方形粒子在Oldroyd-B流体中的沉降特性

为研究方形粒子在黏弹性流体中的沉降特性,应用基于分布式拉格朗日乘子的虚拟区域方法对方形粒子在Oldroyd-B流体中的沉降运动进行了数值模拟.通过模拟得到了不同长宽比粒子的沉降轨迹、取向角和沉降速度的变化情况,并讨论了不同形状粒子的沉降特性.当方形粒子在Oldroyd-B流体中沉降时,粒子的平衡取向为长边与重力方向平行,平衡位置为方槽的中心线.粒子的长宽比对沉降过程的影响较大,长宽比大的粒子在沉降过程中具有较大的横向漂移和沉降速度.当水力直径相同时,圆形粒子具有最大的沉降速度,而正方形粒子的沉降速度最小.

方形截面弯管中的Oldroyd-B流体流动

为了优化工业中非牛顿流体的流动,应用Galerkin方法来研究Oldroyd-B流体在方形截面管道中的充分发展流动.结果包括了Weissenberg数和Reynolds数对于粘弹流体流动的二次流、轴向速度以及法向应力差的影响.计算结果表明,由于上随体导数项的存在,Weissenberg数的增大会使得主流速度变小,而对二次流的影响不大.弹性力的作用不仅使得第一法向应力差的绝对值变大,而且会在外壁产生出一个负值区域.Weissenberg数的增大同样会使得第二法向应力差变大,并使其分布更为均匀.

共转Oldroyd B流体模型的流变学研究

作者应用宏观理论的共转模型研究了纺丝拉伸过程的流变学 ,以探讨液晶高分子流体纺丝拉伸的机理 .由共转OldroydB模型的本构方程导出了应力和拉伸粘度的解析表达式 ,应用Matlab软件绘制了拉伸粘度随剪切速率、拉伸速率、松弛时间以及推迟时间变化的曲线 ,并得到这些参数对纺丝拉伸流动流变学性能的影响 .

Oldroyd B型流体的有限元解的存在唯一性

对于遵循Oldroyd B型本构律的非定常粘弹性流体流动问题,提出了一种稳定的有限元方法.同时,利用Brouwer不动点定理证明了逼近方程解的存在唯一性.

OldroydB流体依时性管内流动的变分解析方法

在本文中，研究上随体ＯｌｄｒｏｙｄＢ流体在水平管内依时性流动。该问题可归结为无量纲速度分量的三阶偏微分方程的初边值问题。采用改进的Ｋａｎｔｏｒｏｖｉｃｈ方法，将该方程化为各级近似的二阶常微分方程组的初值问题。通过Ｌａｐｌａｃｅ变换，求得其二阶常微分方程的解析解，在本文中，提出了变分解析解的新概念。获得了二级近似变分解析解，其中包括常压力梯度和周期性压力梯度两种情形。应用计算机符号处理和Ｌａｐｌａｃｅ变换，可以获得任意近似下的变分解析解。

Oldroyd-B流体的解耦有限元算法

建立了求解稳态Oldroyd-B流体模型的有限元算法.为了降低该流体模型的耦合性和有限元方程的求解规模,考虑将Oldroyd-B流体模型解耦为Stokes方程和本构方程.对于Stokes问题,使用加权最小二乘有限元方法求解;而对于含有对流项的本构方程,则采用具有较好数值稳定性的流线迎风Petrov-Galerkin(SUPG)方法求解.针对本构方程的非线性特点,利用迭代算法将其进行线性化处理.分析了解耦有限元解的先验误差估计.通过粘弹性Oldroyd-B流体在管道内的流动问题,验证了算法的有效性和收敛性.

Oldroyd-B流体混合过程中拟序结构的研究

采用Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ模型对高雷诺数下二维粘弹性混合过程中拟序结构的演变进行了数值研究．计算结果表明：在流场中加入聚合物，基波和次谐波的发展都受到抑制，涡量扩散加强，削弱了大涡卷起和配对的强度，减慢了配对时两涡的旋转运动．当Ｗｅｉｓｓｅｎｂｅｒｇ数大到１０时，在聚合物应力集中区涡量梯度加强，并出现反向涡量，因而强烈影响了拟序结构的演变．

共转Oldroyd B流体剪切-拉伸流动研究

应用宏观理论的共转模型研究纺丝拉伸过程中测粘 拉伸流动的流变学 ,以探讨液晶高分子流体纺丝拉伸初步机制。由共转OldroydB流体模型的本构方程导出了测粘 拉伸流动的法向应力差和拉伸粘度的解析表达式 ,利用边界条件及运动方程列出了主拉伸速度与纺程的微分方程。应用Matlab软件绘制出拉伸粘度和主拉伸速度随其它参数变化的曲线 ,从而得到这些参数对纺丝拉伸流动流变学性能的影响 ,这对纺丝过程的工艺控制有一定的指导意义。

环空内Oldroyd B流体非定常旋转流动解析法研究

应用解析方法研究了二旋转圆柱之间环空内的非牛顿流体非定常旋转流动,采用改进的Kantorovich变分方法,得到了环空内Oldroyd B流体非定常旋转流动的解析结果,该结果与差分法得到的结果一致,表明该方法是可行的,且这类问题都可以采用该方法求解.

纺丝拉伸流动共转Oldroyd B流体模型的建立

在各向同性流体Oldroyd B模型的基础上得到改进的共转Oldroyd B流体模型,改进和发展了一类新的液晶高分子各向异性粘弹流体本构理论.

液晶高分子共转Oldroyd流体B模型研究(英文)

利用液晶高分子共转模型理论,探讨液晶高分子流体纺丝拉伸初步机制,推导出了测粘拉伸流动的法向应力差和拉伸粘度的解析表达式,得出了拉伸粘度和主拉伸速率随其它参数变化曲线,对纺丝拉伸过程的工艺控制有一定的指导意义.

柱坐标系下OldroydB流体模型

从Oldroyd提出的研究本构方程的新理论出发,得出张量形式Oldroyd B流体的本构方程,推导出了柱坐标系下的6个方向上的分量形式的方程。并将此结果用于管内非线性非定常流动中.

具有分数微分的广义Oldroyd-B流体螺旋流动

针对无限长两同心圆柱间的广义Oldroyd-B流体的螺旋流,圆柱管道绕对称轴方向振荡,在自身所在的平面上沿对称轴方向做加速运动拖动流体在环形管道内做螺旋流动.采用分数微分建立流动模型,应用分数微分的Laplace变换和Hankel变换方法研究非稳态Oldroyd-B流体螺旋流动在周向和轴向的速度场和剪切力.结果表明:在t=0.5时,分数阶导数α的值越小,流体的速度衰减的越慢,β有与α相反的结果;广义二阶流体,广义Maxwell流体,牛顿流体及单圆柱管道内广义Oldroyd-B流体的螺旋流的解是该模型解的特殊形式.

Stokes'first problem for a viscoelastic fluid with the generalized Oldroyd-B model

The flow near a wall suddenly set in motion for a viscoelastic fluid with the generalized Oldroyd-B model is studied. The fractional calculus approach is used in the constitutive relationship of fluid model. Exact analytical solutions of velocity and stress are obtained by using the discrete Laplace transform of the sequential fractional derivative and the Fox H-function. The obtained results indicate that some well known solutions for the Newtonian fluid, the generalized second grade fluid as well as the ordinary Oldroyd-B fluid, as limiting cases, are included in our solutions.

Oldroyd-B流体剪切流动的稳定性分析及数值计算

首先给出了Oldroyd-B模型的稳态解,其次将该模型在稳态解处线性化,通过求稳态解处Jacobi矩阵的特征值,给出了系统稳定的条件,最后采用隐式差分格式进行数值模拟,验证了稳定条件的合理性。

非稳态分数阶Oldroyd-B流体绕楔形体流动研究

研究了非稳态分数阶Oldroyd-B流体在多孔介质中通过楔形拉伸板的驻点流动问题。基于分数阶Oldroyd-B流体的本构模型建立了动量方程,并在其中引入了浮升力和驻点流动特征。此外,考虑了具有热松弛延迟时间的修正的分数阶Fourier定律,并将其应用于能量方程和对流换热边界条件。接着,采用与L1算法相结合的有限差分法求解控制偏微分方程。最后,分析了相关物理参数对流动的影响。结果表明,随着楔角参数的增加,流体受到的浮升力增大,导致速度加快;达西数越大,介质的孔隙度变大,流体的流动越快;此外,温度分布先略有上升后明显下降,这表明Oldroyd-B流体具有热延迟特性。

Oldroyd-B流体绕拉伸楔形体的非稳态滑移流动与传热分析

研究了在速度滑移现象存在下,上随体Oldroyd-B流体绕加热的楔形体的非稳态流动.采用松弛-延迟热通量模型,模拟了传热过程和热延迟时间对传热的影响,通过考虑浮升力、热辐射和对流换热边界条件,进一步研究了流动及传热特性.利用同伦分析方法获得常微分方程组的近似解析解,发现滑移参数的增大可以促进流体的流动,以及流体的温度随热辐射参数增大而升高.此外还发现,温度场在热松弛时间和热延迟时间中出现相反的变化趋势.