基于Carreau模型的主动脉弓血流动力学特性分析

目的:利用医学影像构建个性化主动脉弓模型,对主动脉弓血流动力学特性进行较为系统的分析。方法:通过心脏三维图像得到包括小血管的较为完整的主动脉弓几何模型,采用Carreau黏度模型和其他控制方程建立主动脉弓血流动力学模型,通过有限元数值求解得到主动脉弓的血流动力学数值结果,并进行血流动力学特性分析。结果:降主动脉出口与入口流量之比为94.32%,其余小血管出口流量之和仅占5.68%;在大血管中,血流的压强并不是均匀分布的,不同点的压强之差在收缩期可能达到4.54 mm Hg(1 mm Hg=133.322 Pa);主动脉弓中剪切力最大处位于几个小血管分叉的上方;在收缩期的下降期主动脉弓大血管中涡流也非常明显。结论:该研究有助于加深对主动脉弓血流动力学特性的理解,对研究动脉血管疾病有一定的启发。

Carreau两段黏度模型应用于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/高岭土改性沥青的研究

采用流变学方法研究了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)/高岭土改性沥青的流变性能,并用Carreau两段黏度模型对流变性能进行了模拟。结果表明,在实验温度范围内,基质沥青为简单牛顿流体,SBS改性沥青为非牛顿流体;SBS改性沥青存在着2个剪切变稀区域,且星形SBS改性沥青较线型SBS改性沥青的2个剪切变稀区域更为明显,随着SBS用量的增加,剪切变稀越明显。在低频区,Carreau两段黏度模型模拟曲线与实验曲线重合;随着SBS含量的增加或加入高岭土,第一时间参数值增大,高岭土与SBS的预先共混促使SBS在改性沥青中的表观份数有所增加。

胡芦巴胶溶液的流动性模型拟合和动态粘弹性分析

在特定温度(25℃)下,通过对葫芦巴胶(FG)溶液进行稳定剪切和小振幅振荡处理后,测定其触变性及粘弹性,以及通过Carreau和Herschel-Bulkey模型对FG溶液流动性进行评估。结果表明:FG溶液刚开始表现出剪切增稠特性,当超过临界剪切速率时表现为剪切变稀行为,表现出非牛顿流体特性。Herschel-Bulkey和Carreau模型对流动曲线的拟合表明实验结果更符合流变学的Carreau模型。触变测试表明FG溶液具有一定的触变性,FG溶液质量浓度越高,触变性越强,当FG溶液质量浓度小于0.35 g/d L时,触变环面积为负值,表明样品结构破坏且不能恢复。动态粘弹性测试表明FG溶液的储能模量和损耗模量随角频率和FG质量浓度的增大而增大,随着温度的升高而降低,并表现出类似于固体的弹性行为。

基于超疏水表面的人工血管抗凝血行为的数值模拟研究

目的将超疏水表面应用于人工血管是近年来提出的减缓血管移植初期血栓形成的新策略,然而患者体内血流动力学条件存在个体化差异,贸然进行血管配对易引起血液中血小板的短期激增并形成壁面黏附从而诱发凝血行为。本研究通过数值模拟探讨了超疏水表面微结构、血液流变参数等对血小板黏附的影响规律。方法在Fluent软件中利用Carreau模型定义血液为非牛顿流体,通过相位离散技术(DPM)追踪管道内示踪剂(血小板)的运动状态,对比不同边界条件下固体颗粒的黏附行为。结果通过优化微结构的“过渡因子”和“周期间距”使得血液流经管壁时所受黏滞阻力下降37%。同时,随着流体黏度的下降和流速的增加,血管近壁面的气膜“铠甲”产生周期性的“蠕动效应”,动态防御下血小板的黏附数量可减少约42%。结论流体流变特性和微结构尺寸的协同作用影响了血小板的黏附,针对不同生活习惯以及身体耐受性的临床患者应综合考虑以上两点。此外,本研究不仅为术后短期抑制血栓形成提供了新思路,还为新型抗血栓人工血管的制备以及临床应用提供了理论依据。

流变模型对剪切稀化流体弹流油膜厚度影响的研究

基于Carreau流变模型和Ree-Eyring流变模型,对剪切稀化流体线接触弹流润滑进行了完全数值分析,得到了同一种润滑油在不同流变模型下的弹流油膜厚度。将理论分析得到的油膜厚度、经典弹流膜厚公式计算的油膜厚度以及实测的油膜厚度进行了对比,结果表明:基于Carreau流变模型的理论分析结果更能反映剪切稀化流体的实际弹流油膜厚度;在相同工况下,基于Ree-Eyring流变模型的理论分析结果低估了剪切稀化流体的油膜厚度,经典弹流膜厚公式过高地估计了剪切稀化流体的油膜厚度。研究结果表明:幂函数形式的流变模型更能反映剪切稀化流体的流变特性。

应用流变模型分析乳清分离蛋白-果胶复配体的微观结构

通过对几种流变模型(剪切-黏度模型)的分析比较,配合使用透射电镜(TEM)的方法,在pH值中性并且不加入盐的条件下研究乳清分离蛋白(WPI)、果胶以及两者复合体的微观结构。流变模型主要为Cross模型、Carreau模型及其衍变形式。结果表明:在剪切速率为0.09～600s-1、温度80℃、溶液质量分数分别为WPI5%、果胶0.8%、5%WPI-0.8%果胶复合物的条件下,发现WPI和果胶溶液表现出牛顿流体特性,与Carreau衍变模型相符合,而它们的混合物表现出切稀特性,与Carreau模型相符合。

旋滑工况下非牛顿椭圆接触热弹流润滑问题数值分析

为了研究旋滑条件下润滑油膜热特性,基于Carreau流变模型,建立旋滑椭圆接触弹流润滑模型,求解旋滑热弹流数值解,比较等温及热条件下弹流润滑特性,并分析角速度、载荷、自旋因数及椭圆比对旋滑弹流特性的影响。结果表明:旋滑条件下油膜厚度明显减小,表明热效应不可忽略;角速度、载荷、椭圆比及自旋因数的增加均导致自旋效应增强,进而增加了油膜分布的不对称性;随着角速度的增大,静止固体与油膜温度增大,运动固体温度变化较小且呈先增后降趋势;随着最大赫兹压力增大,固体及油膜温度呈线性增加;自旋因数对油膜压力、膜厚及温度影响不大,但会增加膜厚及温度不对称分布;椭圆比只在特定范围内对旋滑弹流润滑特性产生影响。

流变模型对弹流润滑数值解的影响

采用Carreau流变模型和Ree-Eyring流变模型,研究不同流变模型对黏度较低的Squalane润滑油弹流润滑数值解的影响。分别计算不同卷吸速度、不同滑滚比下Eyring流变模型、Carreau流变模型的摩擦因数,并与试验值进行比较,同时比较Eyring流变模型与Carreau流变模型的摩擦因数、油膜最高温度、中心膜厚及最小膜厚随滑滚比、卷吸速度和最大赫兹压力变化的数值解。结果表明:在滑滚比较小时Eyring流变模型的摩擦因数更加接近试验值,在滑滚比较大时Carreau流变模型的摩擦因数更接近试验值;滑滚比对不同流变模型之间数值解的差别没有影响;随着卷吸速度的增大,Eyring流变模型所对应的膜厚值逐渐高于Carreau流变模型,而油膜最高温度逐渐小于Carreau流变模型;随着最大赫兹压力的增大,Carreau流变模型的油膜最高温度及摩擦因数逐渐大于Eyring流变模型。研究表明,在温和工况下Eyring流变模型更适合Squalane润滑油的弹流分析。

高黏度沥青黏度的评价方法与评价指标

对高黏度改性沥青、SBS改性沥青以及A-70基质沥青进行真空减压毛细管试验和动态剪切速率扫描试验,得到沥青的毛细管黏度和零剪切黏度.基于2种黏度试验的试验原理以及沥青在路面结构中受力状态的分析,对比2种黏度试验中沥青所受的剪切速率水平及其与路面结构中沥青所受剪切速率水平之间的关系.结果表明:对于黏度大于3×104Pa.s的高黏度沥青,零剪切黏度所对应的第一牛顿流区范围的剪切速率与沥青在路面结构中所受的剪切速率水平一致,零剪切黏度可以较为合理地表征高黏度沥青在路面结构中的黏结特性;而高黏度沥青在毛细管试验中的剪切速率过小,毛细管黏度不宜用于评价高黏度沥青材料的黏度特性.OGFC-13沥青混合料的飞散试验结果验证了上述分析结果.建议采用动态剪切速率扫描试验方法并以零剪切黏度指标来评价高黏度沥青的黏度特性.

低等规聚丙烯流变性能研究

本文研究了低等规度聚丙烯 (LIPP)的流变性能。利用动态流变仪和毛细管流变仪研究了LIPP的粘度与剪切速率的关系 ,用Carreau模型进行了拟合 ,得出了相关的参数值。LIPP的粘度与温度的关系可用阿仑尼乌斯方程描述 ,前置因子A等于 0 .3 9Pa·s ,流动活化能ΔEη 等于 5 5kJ/mol。通过旋转流变仪进行频率扫描和温度扫描 ,分别得到了LIPP的剪切弹性模量。

飞机除冰液流变特性研究

冬季飞行时,寒冷的天气常会导致机翼、测压测速传感头等关键表面结冰,影响飞机的空气动力学性能,严重时甚至会造成安全事故。据此,美国联邦航空管理局(FAA)要求寒冷天气飞机起飞时必须进行除防冰操作。目前,最常用的方法是喷洒二醇基除冰液,如Ⅱ型、Ⅳ型除冰液。由于Ⅱ、Ⅳ型除冰液粘度较Ⅰ型除冰液更高,FAA要求对其空气动力学性能进行测试,而除冰液的流变性能直接影响空气动力学性能,因此,采用Brookfield粘度计对防冰液在不同温度、不同转速下的流变性能进行研究,讨论了不同模型对防冰液流变性能的拟合程度。结果表明,在一定范围,Brookfield粘度计测量除冰液粘度具有较高的精度和重现性,幂律模型和Carreau模型均能较好的拟合剪切速率与粘度的关系,相对而言,Carreau方程拟合精度较高,但是其方程更为复杂,参数较多。

疏水缔合聚合物交联弱凝胶流变性能研究

疏水缔合聚合物交联弱凝胶体系含有化学交联和物理缔合双重性能,采用Bohlin CVO流变仪测试了该体系的流变性,并采用Carreau模型和幂律模型对测试数据进行拟合。结果表明,疏水缔合聚合物交联弱凝胶体系完全满足这些模型,其零剪切粘度和稠度系数均随着交联剂和聚合物浓度的增加而增加。

玉米淀粉糊流变特性研究

利用AR–500流变仪,研究了不同质量浓度、温度和加热时间条件下玉米淀粉糊的流变特性。结果表明:玉米淀粉糊主要表现为假塑性非牛顿流体,流变特性服从Carreau模型。在同一剪切速率下,黏度随着质量浓度增大而增大,随着温度升高而降低,随着加热时间延长而下降;在同一质量分数条件下,黏度随着剪切速率的增加而呈现先增加后降低的趋势;在同一温度条件下,黏度随着剪切速率的增加而降低。

聚合物驱相对渗透率计算的微观模拟研究

聚驱相对渗透率曲线是油田聚驱开发指标计算和预测的重要资料。文中建立了基于油水两相流的三维准静态孔隙网络模型,模拟了以Carreau模型为基础的黏弹性聚合物驱微观渗流过程。用孔隙网络模型模拟了水驱、聚驱的渗流过程,得到了水驱和聚驱的相对渗透率曲线,计算结果与实验结果的变化趋势相吻合,验证了采用孔隙网络模型预测聚驱相对渗透率曲线的有效性。结果表明:孔隙网络模型能充分体现毛管压力的作用,在相同水饱和度下,聚合物驱的相对渗透率低于常规油/水的水相相对渗透率,聚合物驱残余油饱和度比常规水驱低,说明采用孔隙网络模型模拟聚驱相对渗透率曲线具有可行性。

异向双螺杆挤出机机头模具内三维流场的数值模拟

利用Polyflow软件包对异向旋转双螺杆的机头模具进行了数值模拟。通过改变工艺参数,对其剪切应力场、剪切速率场、粘度场以及压力场进行比较分析,结果表明在机头模具内,螺杆头的旋转是造成最大剪切应力的原因,转速越大,剪切应力越大；增大流量,同样会增大剪切应力,增加分散混合能力；但流量减少时,剪切应力梯度也会减小,说明物料的混合更均匀。

纤维增强聚合物熔体的非等温流动数值模拟

建立了基于聚合物Carreau 4参数模型和纤维取向模型相耦合的数学模型,采用有限体积法和有限差分法相结合的方法对模型控制方程组进行了数值离散。通过对4∶1平板收缩腔内的纤维悬浮非等温聚合物流动的数值模拟,得到了流场的温度和黏度分布规律,并分析了不同温度对纤维取向和流场应力的影响。结果表明:较低的温度不仅有助于纤维的旋转取向,还有助于熔体黏弹性能的提高。该数学模型能够用于纤维增强聚合物复合材料加工过程的性能分析。

非牛顿流体的非等温搅拌流动

采用流线迎风Petrov-Galerkin(SUPG)有限元解能量方程与一般Galerkin有限元解动量方程相结合的方法对Carreau流体的非等温搅拌流场进行了数值模拟。并与牛顿流体等温搅拌流动的相应结果作了比较,表明剪切变稀和温度效应对搅拌流动的流型、温度分布产生很大的影响。冷模试验结果应用于热模工况时会产生较大的误差。

非牛顿润滑的滚滑线接触表面摩擦特性

线接触粗糙表面的摩擦特性对机械结构表面的润滑设计与润滑状态预测具有重要的意义。为预测混合润滑状态下弹塑性线接触表面的摩擦特性,基于法向外载荷由润滑油膜与微凸体共同承担的载荷分配思想,分别采用Kogut-Etsion微观接触模型(KE模型)和Carreau流变模型描述干摩擦粗糙表面的接触和润滑油的非牛顿特性,建立了一种可快速、准确预测混合润滑状态下滚滑线接触表面的摩擦系数模型。模拟了法向载荷、表面粗糙度、润滑油入口黏度以及微观粗糙接触模型对摩擦系数的影响规律。结果表明:润滑油的剪切稀化行为很大程度上减小了油膜厚度,导致更多微凸体与微凸体间的直接接触,从而引起总摩擦系数的增大;在轻载、粗糙度较小、润滑油入口黏度较大的润滑工况下,表面更易从混合润滑过渡为流体动力润滑状态;当表面处于边界和混合润滑状态时,基于KE模型预测的表面总摩擦系数和微凸体摩擦系数均小于仅考虑微凸体纯弹性变形的模型预测结果,而对于润滑油膜的摩擦系数,该结果是相反的。

剪切稀化对空间液体润滑剂弹流油膜厚度影响的研究

基于Carreau剪切稀化流变模型,对空间用液体润滑剂的弹流润滑油膜厚度进行理论分析,将计算结果与牛顿模型、Ree-Eyring流变模型和实测数据进行对比,结果表明:在相同工况下不同种类的空间液体润滑剂剪切稀化流变特性不同,给出判断润滑剂发生剪切稀化条件;Carreau剪切稀化流变模型比Ree-Eyring剪切稀化流变模型更能反映实际工况;基于Carreau剪切稀化流变模型,得到空间用剪切稀化润滑剂的弹流油膜厚度修正系数公式。

零剪切粘度应用于沥青及混合料高温性能的评价

采用AR-2000ex型动态剪切流变仪对石油沥青及改性沥青进行动态频率剪切扫描试验,利用Cross、Carreau预测模型对0.1~100 Hz频率范围内的复数剪切粘度进行零剪切粘度的拟合计算。