纖維懸浮湍流場中纖維運(yùn)動擴(kuò)散系數(shù)的研究.pdf

1、纖維粒子懸浮流的流變特性和運(yùn)動特性在工業(yè)和自然界中具有廣泛的應(yīng)用背景。與一般的流動不同，纖維粒子懸浮流中粒子具有方向性，運(yùn)動是平動與轉(zhuǎn)動的結(jié)合，其運(yùn)動狀態(tài)由流體質(zhì)點的平均速度及脈動速度控制。由于湍流場中纖維粒子的特性影響著湍流的流變性、輸運(yùn)以及熱傳導(dǎo)等特性，因此研究纖維粒子在流場中的擴(kuò)散以及取向分布是有別于一般流動的重要內(nèi)容。
　　 本文分別從粒子運(yùn)動的基本狀態(tài)方程和剪切湍流的隨機(jī)理論出發(fā)，推導(dǎo)了湍流場中纖維粒子的擴(kuò)散系數(shù)，并研

2、究了平面剪切湍流中纖維粒子的取向分布特性以及取向分布對流動宏觀特性的影響。
　　 在各向同性湍流場中，從粒子運(yùn)動的基本狀態(tài)方程出發(fā)，考慮纖維粒子由于加速運(yùn)動產(chǎn)生的附加質(zhì)量力以及流場與粒子速度差，在定常以及非定常情況下建立了粒子脈動速度與流體質(zhì)點脈動速度的關(guān)系進(jìn)而推導(dǎo)了粒子的平移及旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散系數(shù)。最終結(jié)果表明，纖維的平移及取向擴(kuò)散同纖維長度與流場的拉格朗日空間積分尺度之比有關(guān)，并隨該比值的增加而減少。
　　 對于更普遍的非均

3、勻和非各向同性的湍流場，將剪切湍流的隨機(jī)理論應(yīng)用于纖維取向變化率方程，建立了二維平行剪切湍流場中各脈動速度梯度的相關(guān)矩函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式，該表達(dá)式依賴于特征長度、特征時間、特征速度以及與壁面作用相關(guān)的無量綱參數(shù)，為求解纖維懸浮湍流場提供了理論基礎(chǔ)。
　　 在半稀相平面剪切湍流中，在纖維懸浮流動瞬時狀態(tài)方程以及纖維指向的概率分布函數(shù)方程的基礎(chǔ)上，采用雷諾平均的方法推導(dǎo)了修正過后的適用于纖維懸浮湍流的雷諾平均