黏弹性纳米流体在垂直板上的自然对流与传热分析

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作者 许晓勤 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期599-604,共6页

基于分数阶Maxwell模型和分数阶Fourier定律构建黏弹性纳米流体在垂直板上的非定常二维边界层自然对流与传热控制方程,利用有限差分和L1算法获得数值稳定解,对不同物理参数下的速度、温度、平均表面摩擦系数和平均Nusselt数的变化趋势... 基于分数阶Maxwell模型和分数阶Fourier定律构建黏弹性纳米流体在垂直板上的非定常二维边界层自然对流与传热控制方程,利用有限差分和L1算法获得数值稳定解,对不同物理参数下的速度、温度、平均表面摩擦系数和平均Nusselt数的变化趋势进行图形化分析。结果显示,速度和温度边界层均表现出短暂记忆和延迟特性;速度分数导数参数削弱了自然对流,而速度松弛时间的影响却相反;温度分数导数参数削弱了自然对流和热传导,而温度松弛时间的影响却相反。 展开更多

关键词 分数阶Maxwell模型 分数阶Fourier定律 黏弹性纳米流体 自然对流 垂直板 有限差分法

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压力及流体对岩石孔隙结构与黏弹性的影响规律研究:理论模型及实验观测 被引量：5

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作者 程卫 巴晶 +1 位作者 马汝鹏 张琳 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期4517-4527,共11页

地质成因和构造/热应力导致地壳岩石中的孔隙结构(裂隙和粒间孔)的变化.影响岩石黏弹性的因素包括压力、孔隙度、孔隙中包含的流体和孔隙几何形状等.相对于岩石中的硬孔隙,岩石黏弹性(衰减和频散)受软孔隙(裂隙)的影响更大.本文选取三... 地质成因和构造/热应力导致地壳岩石中的孔隙结构(裂隙和粒间孔)的变化.影响岩石黏弹性的因素包括压力、孔隙度、孔隙中包含的流体和孔隙几何形状等.相对于岩石中的硬孔隙,岩石黏弹性(衰减和频散)受软孔隙(裂隙)的影响更大.本文选取三块白云岩样本,进行了不同围压和流体条件下的超声波实验测量.利用CPEM(Cracks and Pores Effective Medium,裂隙和孔隙有效介质)模型获得了岩石高、低频极限的弹性模量,并通过Zener体(标准线性体)模型将CPEM模型拓展到全频带而得到CPEM-Zener模型,用该模型拟合岩石松弛和非松弛状态下的实验数据,本文得到平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度以及纵波速度和品质因子随频率的变化关系.结果表明,饱水岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度均高于饱油岩石,随着压差(围压和孔隙压力的差值)的增加,饱油岩石中的裂隙首先闭合.并且压差在70 MPa以内时,随着压差增大,岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度在饱水和饱油时的差值增大,此时流体类型对于岩石裂隙的影响越来越显著,此外,对饱水岩石,平均裂隙纵横比随压差增加而增大,这可能是由于岩石中纵横比较小的裂隙会随压差增大而逐渐趋于闭合.在饱水和饱油岩石中,裂隙孔隙度和裂隙密度都随着压差增加而减小.通过对裂隙密度和压差的关系进行指数拟合,本文获得压差趋于0时的裂隙密度,且裂隙密度随孔隙度增大而增大,增大速率随压差增加而降低.针对饱水和饱油的白云岩样本,CPEM-Zener模型预测的纵波频散随压差增大而减小,此变化趋势和实验测得的逆品质因子随压差的变化关系基本一致,由此进一步验证了模型的实用性.本研究对岩石的孔隙结构和黏弹性分析以及声波测井、地震勘探的现场应用有指导意义. 展开更多

关键词 平均裂隙纵横比 裂隙孔隙度 黏弹性 压差 流体类型 CPEM模型 Zener模型 白云岩

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轴流式血泵黏弹性流体水动力特性数值模拟 被引量：2

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作者 胡其会 张鸣远 杨万英 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期28-32,共5页

将一种黏弹性流体k-ε模型应用于自行设计的轴流式血泵内流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的水动力特性,得到了泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的紊动能和紊动能耗散率的分布规律.研究发现:在相同流量和转速条件下,质量分数为0.06%的... 将一种黏弹性流体k-ε模型应用于自行设计的轴流式血泵内流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的水动力特性,得到了泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的紊动能和紊动能耗散率的分布规律.研究发现:在相同流量和转速条件下,质量分数为0.06%的黄原胶水溶液的扬程高于以水为工质时的相应扬程,二者最大约相差35%,且计算结果与实测数据符合良好;轴流泵内黄原胶水溶液的紊动能和紊动能耗散率均显著低于水的相应值,粗略估算每千克黄原胶水溶液的机械能损失只是水的相应值的37%,表示以黏弹性流体为工质时,泵内部的黏性耗损降低,这正是黏弹性流体扬程高于水的扬程的物理原因. 展开更多

关键词 黏弹性流体k-ε模型 轴流式血液泵 数值模拟

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低Weissenberg数黏弹性流体中单气泡上浮运动特性研究

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作者 张仕环 庞明军 郑智颖 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2023年第6期629-642,共14页

使用VOF法数值研究了气泡在黏弹性流体中的上浮运动,黏弹性模型选用Oldroyd-B模型.在低Weissenberg数(Wi)下,研究了黏性力、松弛时间、表面张力和黏度比对气泡上浮运动的影响.结果表明,当黏性力和弹性力较大(如Ga=2,Wi≥0.5和β=0.2)时... 使用VOF法数值研究了气泡在黏弹性流体中的上浮运动,黏弹性模型选用Oldroyd-B模型.在低Weissenberg数(Wi)下,研究了黏性力、松弛时间、表面张力和黏度比对气泡上浮运动的影响.结果表明,当黏性力和弹性力较大(如Ga=2,Wi≥0.5和β=0.2)时,气泡尾部会出现“尾缘尖”现象,“尾缘尖”现象随着弹性的增强和表面张力的减小变得明显;当弹性较弱(如Wi=0.1)时,“尾缘尖”现象消失,气泡呈为帽形;当表面张力较大(如Eo=1)时,气泡呈现为纵向拉长的椭圆形,尾部特征不明显;在黏弹性流体中,表面张力对气泡的影响与在黏性流体中的相似;气泡在上浮过程中,随形状的变化,表现出“持续加速到稳定”和“加速-减速-再加速到稳定”两种上浮形式,在黏弹性流体中,气泡的上浮速度高于在纯黏性流体中的上浮速度;气泡周围的弹性应力与流体的黏度和松弛时间有关,随着黏度的减小和松弛时间的增大,弹性应力作用范围变宽. 展开更多

关键词 黏弹性流体 气泡上浮运动 Oldroyd-B模型 VOF法

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具有间断解的PTT型黏弹性流体热对流数值模拟

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作者 张栏 蒋子超 +3 位作者 陈玉惠 张仪 杨耿超 姚清河 《中山大学学报（自然科学版）（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期136-144,共9页

从间断解充分发展的黏弹性流体Rayleigh-Bénard(RB)热对流具备不同流态的时间信息和发展过程的流态变换,研究该问题对阐明Phan-Thien-Tanner(PTT)型黏弹性流体RB热对流的流动机理具有重要意义。本文首次采用二阶迎风型总变差不增... 从间断解充分发展的黏弹性流体Rayleigh-Bénard(RB)热对流具备不同流态的时间信息和发展过程的流态变换,研究该问题对阐明Phan-Thien-Tanner(PTT)型黏弹性流体RB热对流的流动机理具有重要意义。本文首次采用二阶迎风型总变差不增差分格式对PTT型黏弹性流体的RB热对流进行了数值模拟,并基于与解析解的对比论证了该数值方法在空间离散上的收敛性与二阶精度。数值结果表明,本文的数值方法可模拟自间断初始场演化的PTT型黏弹性流体RB热对流,此外,本文还对该流动发展到稳态周期解的瞬态流动现象作了基本阐释,流动现象与从先验速度场发展的流动现象一致。 展开更多

关键词 间断解 总变差不增格式 黏弹性流体 Phan-Thien-Tanner模型 Rayleigh-Bénard对流

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润滑剂的黏弹性与动压力对圆柱滚子轴承打滑的影响 被引量：5

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作者 曹伟 王家序 +4 位作者 蒲伟 张莹 吴继强 任思 褚坤明 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期345-352,共8页

为了建立准确的圆柱滚子轴承动力学模型,研究润滑剂的不同流变模型以及流体动压力对轴承的动态特性的影响,并将模型的数值结果与已有的实验结果进行比较。研究结果表明:当相对滑动速度较大时,基于牛顿流体的摩擦力计算结果较实际值大,... 为了建立准确的圆柱滚子轴承动力学模型,研究润滑剂的不同流变模型以及流体动压力对轴承的动态特性的影响,并将模型的数值结果与已有的实验结果进行比较。研究结果表明:当相对滑动速度较大时,基于牛顿流体的摩擦力计算结果较实际值大,基于非线性流变模型的数值结果与实验结果更吻合;不同的流变模型和流体动压力计算方法对滚子与滚道的相对滑动速度影响较大,采用B-W模型和HOUPERT流体动压力更能真实反映轴承的动态特性。 展开更多

关键词 圆柱滚子轴承 打滑 非线性黏弹性流体 流体动压力 动力学模型

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基于SPH方法的瞬态非等温黏弹性Couette流的数值模拟

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作者 许晓阳 赵雨婷 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2023年第6期654-665,共12页

基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法对瞬态非等温黏弹性流动问题进行了数值模拟.首先,模拟了等温情况下基于Oldroyd-B模型的黏弹性Couette流动;随后,将其扩展到非等温情况下进行模拟,其中选用Reynolds... 基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法对瞬态非等温黏弹性流动问题进行了数值模拟.首先,模拟了等温情况下基于Oldroyd-B模型的黏弹性Couette流动;随后,将其扩展到非等温情况下进行模拟,其中选用Reynolds指数模型来评估黏度和松弛时间的温度依赖.通过与有限体积方法解的比较和对数值收敛性的评价,验证了SPH方法模拟非等温黏弹性流动问题的准确性和有效性.讨论了非等温流动相较于等温流动的不同流动特征,分析了温度依赖系数、Péclet数等对黏弹性流动过程的影响.数值结果表明,SPH方法可准确有效地模拟非等温黏弹性流动问题. 展开更多

关键词 光滑粒子流体动力学 非等温 黏弹性 Oldroyd-B模型 COUETTE流

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非牛顿流体搅拌流场的数值模拟研究进展 被引量：13

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作者 张敏革 张吕鸿 +1 位作者 姜斌 李鑫钢 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1296-1301,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 非牛顿流体 搅拌流场 广义牛顿流体模型 黏弹性流体

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表面活性剂溶液中弹性胶束断裂作用下圆柱绕流特征研究

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作者 苏晓辉 徐志锋 +3 位作者 金辉 王治国 刘佳伦 吴松 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1194-1203,共10页

表面活性剂分子溶于水自组装形成的蠕虫状胶束溶液由于其高表面活性和高黏弹性,具有独特的力学响应特性,呈现出与牛顿流体迥异的流动特征。采用考虑溶液中胶束可逆断裂和重构效应的双组分VCM本构方程,研究了溶液流变学特性,发现溶液拉... 表面活性剂分子溶于水自组装形成的蠕虫状胶束溶液由于其高表面活性和高黏弹性,具有独特的力学响应特性,呈现出与牛顿流体迥异的流动特征。采用考虑溶液中胶束可逆断裂和重构效应的双组分VCM本构方程,研究了溶液流变学特性,发现溶液拉伸应力随应变率呈现出拉伸硬化-稀化-硬化的强非线性特征。研究了蠕虫状胶束溶液绕圆柱流动的特性,在低雷诺数(Re~0.01)下,当维森贝格数Wi>1时,流场出现较强的不稳定性,绕流尾迹区流场呈现随时间波动的特征,通过功率谱分析发现流场波动具有拟周期特征,当胶束断裂引起流体拉伸应力对弹性响应的非线性增强时,流场波动的不规则性增强。圆柱后缘附近出现一对周期性变化的对称涡,表明流体弹性会促进流动分离的发生,流体拉伸应力对弹性变化的强非线性响应是造成低雷诺数绕流流动不稳定性的根本原因,揭示了蠕虫状胶束溶液在低雷诺数高黏弹性时绕流流动不稳定性的产生机理。 展开更多

关键词 表面活性剂 蠕虫状胶束溶液 VCM模型 流动不稳定性 黏弹性流体

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轴流式血泵水动力特性和生物相容性的数值模拟 被引量：3

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作者 胡其会 张鸣远 +1 位作者 李景银 杨万英 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期118-122,共5页

为了准确评价自行设计的轴流式血泵的水力性能和生物相容性,将一种黏弹性流体k-ε模型应用于该血泵内紊流流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的静压和切应力的分布规律,并将溶血指标计算方法与此黏弹... 为了准确评价自行设计的轴流式血泵的水力性能和生物相容性,将一种黏弹性流体k-ε模型应用于该血泵内紊流流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的静压和切应力的分布规律,并将溶血指标计算方法与此黏弹性紊流模型结合,计算了黏弹性流体为工质时血泵的溶血指标,并与水为工质时的计算结果进行了对比.结果表明:在相同转速和流量条件下,质量分数为0.06%的黄原胶溶液为工质时的静压压升高于以水为工质时的相应值,质量分数为39%的甘油溶液为工质时静压压升最不明显;甘油溶液的雷诺应力和黏性切应力均高于水和黄原胶溶液的相应值;黏弹性流体为工质时泵的溶血指标比水和甘油溶液的低,且数值处于同一数量级上.该模型能较为准确地预测血泵内黏弹性流体的紊流流动特性,但血泵的结构需进一步优化和改善. 展开更多

关键词 黏弹性流体k-ε模型 轴流式血泵 数值模拟 溶血指标

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强衰减介质中地震波场的频率—空间域特征 被引量：7

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作者 张壹 王赟 +1 位作者 陈本池 王祥春 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期1016-1028,1046,932,共15页

强衰减模型,是应用Biot理论的基本思想通过运动方程描述介质吸收衰减特征的黏弹性介质模型。相对于传统的黏弹性模型和黏弹孔隙介质模型,可以简便且精准地刻画稠油储层、近地表松散沉积层等的强衰减性。为此,利用优化的25点频率—空间... 强衰减模型,是应用Biot理论的基本思想通过运动方程描述介质吸收衰减特征的黏弹性介质模型。相对于传统的黏弹性模型和黏弹孔隙介质模型,可以简便且精准地刻画稠油储层、近地表松散沉积层等的强衰减性。为此,利用优化的25点频率—空间域有限差分算法,模拟了强衰减模型介质中的波场特征,并根据近地表低速层介质的实际情况,研究了孔隙度、流体黏度和介质黏弹性三种物理因素的衰减机理。结果表明:孔隙度、流体黏度和介质黏弹性都是影响地震波强衰减和高频散特征的重要因素,而且对横波衰减的影响都明显强于纵波。其中,介质黏弹性是造成地震波高频衰减的关键,其他因素均能影响地震波有效频率范围内能量的衰减,尤其介质孔隙度的增大引起地震波的衰减最强。通过对比完全弹性、一般黏弹性和强衰减理论下的模拟波场,研究了浅、表层强衰减介质对深层波场信息的影响。结果表明,强衰减模型刻画近地表介质更符合实际,能为涉及不同衰减机制的强衰减介质的研究和强衰减补偿理论的建立奠定基础。 展开更多

关键词 强衰减模型 频率—空间域 有限差分算法 孔隙度 流体黏度 黏弹性

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