纖維懸浮邊界層湍流場的研究.pdf

1、基于纖維懸浮流連續(xù)介質(zhì)理論，先計算背景流場，然后用歐拉模型計算纖維粒子，數(shù)值模擬了充分發(fā)展的二維平板邊界層湍流場中纖維粒子的運(yùn)動。文中對Fokker-Plank方程和懸浮流本構(gòu)方程進(jìn)行了分析，詳細(xì)地討論了幾個重要的流場參數(shù)和纖維參數(shù)對纖維運(yùn)動的影響。所得數(shù)值模擬結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)中所給出的實驗結(jié)果吻合較好。 在求解纖維取向分布前，我們先模擬了邊界層湍流場，應(yīng)用單向耦合的歐拉方法來研究這里的固液兩相流。由于流場的復(fù)雜性，本文用兩個不同

2、的方法數(shù)值模擬了邊界層湍流場，并將它們的結(jié)果進(jìn)行對比，和實驗結(jié)果比較一致。在得到經(jīng)過檢驗的湍流場的各項參數(shù)特性后，再數(shù)值求解Fokker-Plank方程，從而得到纖維取向分布。我們發(fā)現(xiàn)，在邊界層湍流場中，纖維取向分布主要集中在偏角為0°到40°的范圍內(nèi)，即偏向于流向方向。長徑比是影響纖維取向分布的主要因素，而流場的法向位置y和雷諾數(shù)的影響比較小。長徑比越大，纖維取向分布越偏向于流動方向。同時我們也發(fā)現(xiàn)，二維情況下當(dāng)長徑比小于1時，取向分

3、布理論及計算仍可適用，只要把纖維當(dāng)成長度和直徑互換的新纖維就可以了。 在取向分布已經(jīng)求出來的情況下，我們就可以用懸浮流的本構(gòu)方程及取向張量的理論來解流場應(yīng)力及纖維的附加應(yīng)力了。計算結(jié)果表明，在稀懸浮流中，α<,1122>的增加導(dǎo)致附加粘度的增大，但對等效粘度的影響很小。α<,1112>和α<,1222>的差值縮小，意味著由纖維粒子帶來的懸浮流場的本構(gòu)關(guān)系的各向異性程度降低。第一法向應(yīng)力差和剪切應(yīng)力的各個分布圖輪廓基本由流場的剪切