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(yīng)可以忽略)，完全由流體彈性引起的復(fù)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(qiáng)以及具有時(shí)間空間多尺度特性等。盡管如此，其還具有自身獨(dú)特的特性，例如具有更快的衰減速率、時(shí)間上隨機(jī)空間上光滑的特性等，而且，彈性湍流誘發(fā)機(jī)理與慣性湍流完全不同。
　　為了更深刻地認(rèn)識彈性湍流特性及其產(chǎn)生機(jī)理，本文基于幾何結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、以及變形場特性，并在此基礎(chǔ)上分析了彈性湍流產(chǎn)生機(jī)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(dāng)流動進(jìn)入彈性湍流流態(tài)，統(tǒng)計(jì)上聚合物大分子結(jié)構(gòu)拉伸劇烈，處于盤繞-拉伸轉(zhuǎn)捩之后的狀態(tài)，對流場具有顯著的反饋?zhàn)饔茫?Ⅲ)與慣性

3、湍流不同，在彈性湍流中脈動彈性應(yīng)力通過速度脈動向各個(gè)尺度注入能量，抵消該尺度上粘性耗散以及計(jì)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(jié)構(gòu)主要產(chǎn)生于彈性應(yīng)力幅值較大的地方，即由強(qiáng)剪切導(dǎo)致聚合物大分子結(jié)構(gòu)被大幅度拉伸的位置，并且由于模擬中強(qiáng)剪切的區(qū)域比較窄，使得流動中渦結(jié)構(gòu)的形狀成扁平狀；(V)彈性湍流發(fā)生時(shí)流動中彈性能遠(yuǎn)大于瞬時(shí)動能以及湍動能，流動充滿彈性。附加外力做功提供整個(gè)系統(tǒng)粘性耗散、彈性耗散以及