理论教育 非牛顿流体粘度理论的解析与应用实例

非牛顿流体粘度理论的解析与应用实例

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:通常情况下,流体的粘度行为就像一个幂律模型的剪切率对于中间值,而其余的有界零/无限剪切速率。该流体的粘度被假定为具有下限和上限。当应力超过了屈服强度,则增加的应力与应变率成比例,这种行为与牛顿流体相同。式中,μr为牛顿粘度。典型情况下,μr一般的取值为100倍的μ0以便模拟真实的Bingham流体行为。

非牛顿流体粘度理论的解析与应用实例

1.幂指数(Power Law

对于幂指数模型,粘度的表达式如下

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式中,μ0为名义粘度;K为一致性指标;978-7-111-43383-5-Chapter06-14.jpgD0为D的临界值;n为幂率指数;I2为第二应变率张量不变量=978-7-111-43383-5-Chapter06-15.jpg978-7-111-43383-5-Chapter06-16.jpg;vij为在第j方向上的第i方向速度梯度

这种关系被用于模拟的聚合物、血液、橡胶求解。K的单位取决于n的值。

2.Carreau模型

对于Carreau模型,粘度的表达式如下

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其中:μ∞—无限剪切率时的粘度;μ0—剪切率为0时的粘度;λ时间常数;n—幂指数。

通常情况下,流体的粘度行为就像一个幂律模型的剪切率对于中间值,而其余的有界零/无限剪切速率。

该模型移除了一些与幂率模型相关的不足。该流体的粘度被假定为具有下限和上限。

3.Bingham模型(www.daowen.com)

Bingham模型:对于“ideal”Bingham模型,粘度的表达式

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式中,μ0为塑性粘度;G为屈服强度;978-7-111-43383-5-Chapter06-19.jpg为第i面第j方向上的额外压力)。

如图6-7所示,只要应力小于屈服应力,则流体行为为刚性。当应力超过了屈服强度,则增加的应力与应变率成比例,这种行为与牛顿流体相同。但这种模型进行数值计算是很困难,因此实际使用是的模型为双线性Bingham模型。

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式中,μr为牛顿粘度。

图6-8所示为双线性Bingham模型中的应力—应变率关系。μr至少要比μ0大一个数量级。典型情况下,μr般的取值为100倍的μ0以便模拟真实的Bingham流体行为。

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图6-7 理想Bingham模型中的应力—应变率关系

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图6-8 双线性Bingham模型中的应力—应变率惯性

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