粘弹性流体微通道内弹性不稳定流动及其强化混合应用研究

发布时间：2021-06-27 07:51

　　粘弹性流体是一种典型的非牛顿流体,相较于普通牛顿流体,除了粘性外,其独特地具备弹性效应。这种弹性作用使其具有如非零正应力差、额外的弹性非线性作用等特性。其中,弹性非线性作用在微尺度流动中更加显著并可能诱发弹性不稳定流动。粘弹性流体多孔介质孔隙通道内的流动是典型的微尺度流动,这种流动广泛地存在于自然界以及工业生产中,如采油工程、生物工程和化工过滤等。粘弹性流体在多孔介质孔隙通道中可发生不稳定流动。前人采用理论、实验和数值模拟方法对这种流动进行过研究,但受限于实验方法和计算模拟手段,对其不稳定流动特性和机理的研究并不完善深入。同时,利用这种不稳定流动,可以设计简单的微通道实现流动高效混合,其在生物检测、化工合成、量子点生产等方面具有很好的应用潜力。因此,本文将对粘弹性流体二维均质多孔介质内流动开展数值模拟研究,基于其不稳定流动的认识设计一种简单的微通道芯片,实现混合强化,并对其流动混合开展可视化实验和数值模拟研究,探讨粘弹性流体微通道内不稳定流动及其混合强化机理。首先,本文基于Open Foam建立了微通道内粘弹性流体流动及混合数值模拟方法,对二维均质多孔介质孔隙通道内粘弹性流体流动进行直... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

粘弹性流体特殊性质：(a)剪切增稠/剪切稀变[8]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文初，研究者在基于 Oldroyd-B 模型、FENE-P 及 Giesekus 等行直接数值模拟（Direct Numercial Simulation, DNS）研究，不稳定流动，或发生弹性不稳定流动但其流动结果与实验 Wi 数的流动问题，计算容易发散，这是因为常用的本构方）的双曲型方程。在数值计算中易产生数值不稳定，这被称High Weissemberg Number Problem，HWNP）。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文复杂边界和并行计算易于实施等优势，研究学者更多地采用该方法对幂律流体多孔介质内流动及其传热传质开展工作[48-51]。这些研究基于二维多孔介质简化模型（如图 1-3(b)所示），研究了不同幂指数、多孔介质孔隙率及孔隙分布和流动 Re 数的流动特性和传热传质特性。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Characteristics and generation of elastic turbulence in a three-dimensional parallel plate channel using direct numerical simulation[J]. 张红娜,李凤臣,李小斌,李东阳,蔡伟华,宇波.  Chinese Physics B. 2016(09)
[2]黏弹性流体纯弹性不稳定现象研究综述[J]. 阳倦成,张红娜,李小斌,蔡伟华,张彦,李凤臣.  力学进展. 2010(05)
[3]指进现象模拟研究的回顾与展望[J]. 杨兆中,李小刚,蒋海,孙健.  西南石油大学学报(自然科学版). 2010(01)
[4]聚合物驱油技术在大庆油田的应用[J]. 王德民,程杰成,吴军政,王刚.  石油学报. 2005(01)
[5]指进、剩余油形成与分布的物理模拟[J]. 朱九成,郎兆新,黄延章.  新疆石油地质. 1998(02)

博士论文
[1]粘弹性流体微尺度流动特性研究[D]. 李小斌.哈尔滨工业大学 2012
[2]聚合物溶液粘弹性对提高驱油效率的作用[D]. 王立军.大庆石油学院 2003

硕士论文
[1]粘弹性流体三维Kolmogorov流动弹性湍流直接数值模拟研究[D]. 张红娜.哈尔滨工业大学 2010



本文编号：3252446