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動。文中對Fokker-Plank方程和懸浮流本構方程進行了分析，詳細地討論了幾個重要的流場參數(shù)和纖維參數(shù)對纖維運動的影響。所得數(shù)值模擬結果與相關文獻中所給出的實驗結果吻合較好。 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，并將它們的結果進行對比，和實驗結果比較一致。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，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方程及取向張量的理論來解流場應力及纖維的附加應力了。計算結果表明，在稀懸浮流中，α<,1122>的增加導致附加粘度的增大，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關系的各向異性程度降低。第一法向應力差和剪切應力的各個分布圖輪廓基本由流場的剪切