纖維懸浮湍流場(chǎng)中纖維運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)的研究.pdf

1、纖維粒子懸浮流的流變特性和運(yùn)動(dòng)特性在工業(yè)和自然界中具有廣泛的應(yīng)用背景。與一般的流動(dòng)不同，纖維粒子懸浮流中粒子具有方向性，運(yùn)動(dòng)是平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)合，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由流體質(zhì)點(diǎn)的平均速度及脈動(dòng)速度控制。由于湍流場(chǎng)中纖維粒子的特性影響著湍流的流變性、輸運(yùn)以及熱傳導(dǎo)等特性，因此研究纖維粒子在流場(chǎng)中的擴(kuò)散以及取向分布是有別于一般流動(dòng)的重要內(nèi)容。
　　 本文分別從粒子運(yùn)動(dòng)的基本狀態(tài)方程和剪切湍流的隨機(jī)理論出發(fā)，推導(dǎo)了湍流場(chǎng)中纖維粒子的擴(kuò)散系數(shù)，并研

2、究了平面剪切湍流中纖維粒子的取向分布特性以及取向分布對(duì)流動(dòng)宏觀特性的影響。
　　 在各向同性湍流場(chǎng)中，從粒子運(yùn)動(dòng)的基本狀態(tài)方程出發(fā)，考慮纖維粒子由于加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的附加質(zhì)量力以及流場(chǎng)與粒子速度差，在定常以及非定常情況下建立了粒子脈動(dòng)速度與流體質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)速度的關(guān)系進(jìn)而推導(dǎo)了粒子的平移及旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散系數(shù)。最終結(jié)果表明，纖維的平移及取向擴(kuò)散同纖維長(zhǎng)度與流場(chǎng)的拉格朗日空間積分尺度之比有關(guān)，并隨該比值的增加而減少。
　　 對(duì)于更普遍的非均

3、勻和非各向同性的湍流場(chǎng)，將剪切湍流的隨機(jī)理論應(yīng)用于纖維取向變化率方程，建立了二維平行剪切湍流場(chǎng)中各脈動(dòng)速度梯度的相關(guān)矩函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式，該表達(dá)式依賴于特征長(zhǎng)度、特征時(shí)間、特征速度以及與壁面作用相關(guān)的無量綱參數(shù)，為求解纖維懸浮湍流場(chǎng)提供了理論基礎(chǔ)。
　　 在半稀相平面剪切湍流中，在纖維懸浮流動(dòng)瞬時(shí)狀態(tài)方程以及纖維指向的概率分布函數(shù)方程的基礎(chǔ)上，采用雷諾平均的方法推導(dǎo)了修正過后的適用于纖維懸浮湍流的雷諾平均