【摘要】：復(fù)雜流體在剪切流動(dòng)中往往會(huì)表現(xiàn)出反常的熱質(zhì)傳遞行為。傳統(tǒng)的簡單線性本構(gòu)模型不能有效描述這些傳遞行為,需要構(gòu)建新的復(fù)雜非線性本構(gòu)模型。本文主要研究高分子冪律型非牛頓流體,分散微、納顆粒懸浮液等幾類復(fù)雜流體在邊界層剪切流動(dòng)中的傳熱傳質(zhì)問題。引入廣義冪律擴(kuò)散理論與模型(N-diffusion)統(tǒng)一描述冪律型非牛頓流體的非線性流變與導(dǎo)熱本構(gòu)關(guān)系,并計(jì)算解決冪律流體在諸如傾斜壁面、運(yùn)動(dòng)壁面、抽吸/噴注、非均勻加熱壁面等條件下的混合對流傳熱問題。冪律指數(shù)調(diào)控流體獨(dú)特的非牛頓性質(zhì),其他外部條件對不同冪律流體具有相似影響。特別是利用該模型首次描述微極流體在剪切流動(dòng)中因顆粒微旋轉(zhuǎn)的集合效應(yīng)而表現(xiàn)出的宏觀剪切變稀特征,推廣傳統(tǒng)的線性本構(gòu)模型而得到非線性的流變和導(dǎo)熱本構(gòu)關(guān)系。自主設(shè)計(jì)研發(fā)"復(fù)雜流體流變和導(dǎo)熱一體化測試系統(tǒng)",首次從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)測剪切流動(dòng)中的復(fù)雜流體流變和導(dǎo)熱性能數(shù)據(jù)。通過對具體冪律型流體的實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)算,所得結(jié)果很好的驗(yàn)證了廣義冪律擴(kuò)散模型在描述非牛頓流體依賴剪切速率熱導(dǎo)率變化的合理性和有效性。對于粘彈性Maxwell基液分散微球的懸浮液,首次引入Cattaneo-Christov熱質(zhì)松弛傳遞本構(gòu)模型,建立粘彈基微球懸浮液邊界層剪切流動(dòng)與傳熱傳質(zhì)的粘彈性松弛參數(shù)框架,完整地描述其反常輸運(yùn)過程。此外,在靜態(tài)納米流體強(qiáng)化熱傳導(dǎo)模型問題中,本文基于納米顆粒界面有序?qū)永碚撌状翁岢鲱w粒多級等效團(tuán)聚模型。利用該模型所改進(jìn)的納米流體增強(qiáng)熱導(dǎo)率預(yù)測結(jié)果不僅與許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很好的吻合,而且重要的組成參數(shù),如顆粒團(tuán)聚率和界面層厚度等,均證明處在合理的范圍。進(jìn)一步,對于非穩(wěn)態(tài)剪切流動(dòng)的納米流體,本文引入依賴時(shí)間分形團(tuán)聚動(dòng)力學(xué)過程,將復(fù)雜的顆粒團(tuán)聚效應(yīng)通過分形標(biāo)度律形式嵌入到納米流體有效粘度和熱導(dǎo)率模型中。同時(shí)定義特征時(shí)間比,巧妙地將納米顆粒非平衡態(tài)團(tuán)聚過程與納米流體非穩(wěn)態(tài)熱對流過程緊密聯(lián)系到一起,詳細(xì)地分析了時(shí)間、分形維數(shù)及初始顆粒濃度等因素對納米流體流動(dòng)與傳熱的影響,特別是提出預(yù)測動(dòng)量和熱焓邊界層厚度的經(jīng)驗(yàn)公式。本文對一些物理問題的控制方程采取數(shù)學(xué)上必要的相似變換,在結(jié)合近似解析方法與數(shù)值方法等計(jì)算手段求解目標(biāo)方程時(shí),克服復(fù)雜本構(gòu)模型帶來的高度非線性難題,可方便地討論眾多物理參數(shù)對復(fù)雜流體反常輸運(yùn)特性的影響。
【圖文】：

同氣體相比，液體內(nèi)部的分子熱運(yùn)動(dòng)要相對固定，只在平衡位us附近運(yùn)動(dòng)，逡逑但會(huì)很大程度上受到各種外部剪切作用而產(chǎn)生流動(dòng)的影響。人類最先從認(rèn)識簡單逡逑流體，或叫牛頓流體，諸如水、甘油、醇類等，開啟了對流體家族的探索與研究。逡逑隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人們認(rèn)識到越來越多新的流體表現(xiàn)出不同于往的奇特性逡逑質(zhì)而將其稱為非牛頓流體，或是復(fù)雜流體，徏便是本文所研究的對象。逡逑實(shí)豚上，非牛頓流體的種類十分繁多且廣泛地分布在自然界、生物界Ｗ及人逡逑類社會(huì)生活發(fā)展的全程之中。在當(dāng)前社會(huì)，對于其獨(dú)特性質(zhì)的研究己經(jīng)逐漸形成逡逑了一口前沿?zé)狳c(diǎn)學(xué)科，并在現(xiàn)代科學(xué)研巧和工程技術(shù)應(yīng)用中占有重要位置。可Ｗ逡逑說自然界中絕大多數(shù)生物流體都屬于非牛頓流體，，如各類動(dòng)物體內(nèi)的血液、關(guān)節(jié)逡逑滑液、淋己液、腦脊液等。在過去幾十年中，高分子工業(yè)的迅速發(fā)展，引起了科逡逑學(xué)家們對研究高分子材料的興趣。在化學(xué)工業(yè)中的高分子巧體和烙液，各類泥漿逡逑和懸浮液、油漆、涂料、顏料等，均屬非牛頓流體。非牛頓流體在許多工業(yè)生逡逑產(chǎn)和應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域中都有重要應(yīng)用（圖２－１），包括水利，航空航天，冶金工業(yè)、逡逑化學(xué)纖維工業(yè)、塑料工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、輕工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)逡逑域，非牛頓流體力學(xué)的研究對送些工業(yè)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義［１，２１逡逑

切速率X椉傭跣�，称之为剂u邢』鐌炯諄宋匱穩(wěn)芤海ǎ茫停茫�、緤J合〈煎義先芤海ǎ校鄭粒┑雀叻腫尤芤海壞筆保魈宓謀砉劭荻人婕羥興俾試黽傭齟�，辶x銑浦羥性齔�，壤i衩椎矸廴芤�、漏�

本文編號：2521268