粘彈性流體三維Kolmogorov流動彈性湍流直接數(shù)值模擬研究.pdf

1、粘彈性流體彈性湍流現(xiàn)象是在極低雷諾數(shù)下(慣性效應可以忽略)，完全由流體彈性引起的復雜湍流現(xiàn)象，而牛頓流體此條件下則處于層流流態(tài)。該現(xiàn)象表現(xiàn)出與牛頓流體慣性湍流相類似的一些特征，例如流動阻力增加、混合效率加強以及具有時間空間多尺度特性等。盡管如此，其還具有自身獨特的特性，例如具有更快的衰減速率、時間上隨機空間上光滑的特性等，而且，彈性湍流誘發(fā)機理與慣性湍流完全不同。
　　為了更深刻地認識彈性湍流特性及其產(chǎn)生機理，本文基于幾何結構比較

2、簡單的三維 Kolmogorov流動分別模擬了牛頓流體慣性湍流以及粘彈性流體彈性湍流現(xiàn)象，根據(jù)該直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)分別研究了三維 Kolmogorov流動中慣性湍流以及彈性湍流流場、渦結構、以及變形場特性，并在此基礎上分析了彈性湍流產(chǎn)生機理。研究表明：(I)相對于二維流動，三維流動更不穩(wěn)定，更容易誘發(fā)湍流現(xiàn)象；(Ⅱ)當流動進入彈性湍流流態(tài)，統(tǒng)計上聚合物大分子結構拉伸劇烈，處于盤繞-拉伸轉捩之后的狀態(tài)，對流場具有顯著的反饋作用；(Ⅲ)與慣性

3、湍流不同，在彈性湍流中脈動彈性應力通過速度脈動向各個尺度注入能量，抵消該尺度上粘性耗散以及計算耗散，維持各尺度上能量保持某一水平；(IV)與慣性湍流不同，在彈性湍流中渦結構主要產(chǎn)生于彈性應力幅值較大的地方，即由強剪切導致聚合物大分子結構被大幅度拉伸的位置，并且由于模擬中強剪切的區(qū)域比較窄，使得流動中渦結構的形狀成扁平狀；(V)彈性湍流發(fā)生時流動中彈性能遠大于瞬時動能以及湍動能，流動充滿彈性。附加外力做功提供整個系統(tǒng)粘性耗散、彈性耗散以及