非牛顿流体薄膜的流动传热传质解析研究

发布时间：2020-04-16 17:20

【摘要】：非牛顿流体薄膜的流动传热传质研究能够为优化高聚物薄膜材料工艺设计、改善产品性能提供理论指导。本文探讨了拉伸平板上粘弹性流体薄膜的流动传热与传质特征及幂律流体薄膜的流动与传热规律。构建了同时具有粘弹性流体与幂律流体特点的新型本构关系来研究韦兰胶水溶液的流变学特征。具体内容如下:1)研究了非稳态拉伸平板上上随体Oldroyd-B流体薄膜的流动传热传质特征。将热松弛时间与传质松弛时间引入到传统的傅里叶定律与菲克定律中,基于非稳态的Cattaneo-Christov双扩散模型和上随体Oldroyd-B流体的本构方程,建立了含松弛时间和延迟时间的粘性耗散项和具有松弛特性的化学反应项,构建了上随体Oldroyd-B流体薄膜的流动传热传质控制方程。利用双参数变形展开方法(DPTEM)求得边界层问题的解析解。得出结论:当延迟时间小于松弛时间时,随不稳定参数的增大,薄膜厚度减小;当延迟时间大于松弛时间时,随不稳定参数的增大,薄膜厚度增大。当延迟时间小于松弛时间时,随延迟时间的增大,流体温度上升;当延迟时间大于松弛时间时,随延迟时间的增大,流体温度下降。进一步,当松弛时间与延迟时间具有相反的大小关系时,不稳定参数对流体浓度也具有相反的影响。2)研究了非稳态拉伸平板上的幂律纳米流体薄膜的流动与传热规律。基于幂律速度梯度与幂律温度梯度对导热系数的综合影响,提出了修正的傅里叶导热定律,进一步,修正了对流换热边界条件。基于高聚物流体的壁面滑移特点,提出了幂律速度滑移边界条件。研究变压强梯度与变热源对薄膜流动传热的影响。结合微分变换方法和牛顿迭代法(DTM-NIM)求得相似常微分控制方程的的解析解。结论:相邻两条速度曲线交于一点,交点随滑移参数的增大而从远处向拉伸板靠近。压强对膜厚的影响比对速度的影响更加明显。对于修正的傅里叶导热定律而言,温度梯度对传热的影响比速度梯度更加明显。3)研究了同时具有幂律流体特点及粘弹性特征的韦兰胶水溶液的本构关系。基于流变仪测得的实验数据,构建了新型本构关系:Maxwell-幂律模型来研究韦兰胶水溶液的流变学特点。本文构建的理论模型和建立的解析研究方法,为非牛顿流体薄膜流动、传热与传质的研究奠定了基础。同时,通过与文献中的结果进行对比,证明了文中所采用计算方法的有效性,同时也为其他工程领域中的常微分方程问题求解提供参考。
【图文】：

温度分布,拉伸板,液膜流动,粘性耗散

第 3 章具有松弛延迟特征的粘性耗散与松弛特征的化学反应对 Oldroyd-B 流体薄膜传热传质的影响引言近年来，经流延法制得的高聚物薄膜的流动传热与传质问题受到了广泛的关注的表体比（表面积与体积的比值）大，剪切作用强，导致粘性耗散生成的热量粘性耗散是影响高聚物流延膜温度分布的重要因素；讨论化学反应对传质的影于研发多品种薄膜。本章节将粘性耗散同 Oldroyd-B 流体的本构方程相结合，提出了具有松弛，延粘性耗散模型。同时首次在薄膜的非稳态热质传递过程中应用了 Cattaneo-Ch散模型，进一步讨论了具有松弛特性的化学反应对传质的影响。本章节就以上了讨论。非稳态拉伸板上上随体 Oldroyd-B 流体流动传热传质模型的建立考虑拉伸平板上上随体不可压缩 Oldroyd-B 流体薄膜的非稳态流动问题。假定以笛卡尔坐标原点为起点，物理模型如图 3-1 所示：

薄膜厚度,温度,参数,不稳定

从而证明了本文所使用计算方法的有效性。表 3-2 当 S 取不同值时，γ 值的比较。Table 3-2 Variations of γ for different values of S.Sβ1=0.1, β2=0.2 β1=0.2, β2=0.1γ γ1.3 0.15732 0.421491.4 0.21723 0.383291.5 0.25559 0.316851.6 0.25887 0.23084表 3-2 显示了不稳定参数 S 对薄膜厚度的影响。可以看出，当 β1<β2时，随着参数S 的增大，薄膜厚度增大；但是当 β1>β2时，随参数 S 增大，，薄膜厚度减小。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O373;TK124

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