纖維懸浮邊界層湍流場(chǎng)的研究.pdf

1、基于纖維懸浮流連續(xù)介質(zhì)理論，先計(jì)算背景流場(chǎng)，然后用歐拉模型計(jì)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(chǎng)中纖維粒子的運(yùn)動(dòng)。文中對(duì)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(gè)重要的流場(chǎng)參數(shù)和纖維參數(shù)對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(chǎng)，應(yīng)用單向耦合的歐拉方法來(lái)研究這里的固液兩相流。由于流場(chǎng)的復(fù)雜性，本文用兩個(gè)不同

2、的方法數(shù)值模擬了邊界層湍流場(chǎng)，并將它們的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較一致。在得到經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的湍流場(chǎng)的各項(xiàng)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(chǎng)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(zhǎng)徑比是影響纖維取向分布的主要因素，而流場(chǎng)的法向位置y和雷諾數(shù)的影響比較小。長(zhǎng)徑比越大，纖維取向分布越偏向于流動(dòng)方向。同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，二維情況下當(dāng)長(zhǎng)徑比小于1時(shí)，取向分

3、布理論及計(jì)算仍可適用，只要把纖維當(dāng)成長(zhǎng)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(lái)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(lái)解流場(chǎng)應(yīng)力及纖維的附加應(yīng)力了。計(jì)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(duì)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(lái)的懸浮流場(chǎng)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(gè)分布圖輪廓基本由流場(chǎng)的剪切