花少震,段翠芳,刘华博,孟凡净,王强胜,孔春辉

(河南工学院 机械工程学院,河南 新乡 453003)

0 引言

二次流是流体流动过程中叠加于主流动上的次生流动,是自然界中流体流动时广泛存在的一种自然现象,例如飓风、马桶抽水时的漩涡、弯曲河道处的水流漩涡、高分子的爬杆现象、塑料共挤成型的界面不稳现象[1]等。除了离心力、科式力、流体的弹性可以诱发二次流外,二次流的产生还与流体流动区域的形状有关。除了黏弹性流体,其他流体在直管中流动均不会有二次流产生。

对黏弹性流体二次流现象机理的探究始于20世纪50年代,目前依然缺乏深入研究。对于黏弹性流体,一般认为二次流的产生是由于第二法向应力差N2引起的,但当第二法向应力差系数和剪切黏度成正比时,不会出现二次流现象[2]。较多的研究集中在探索第二法向应力差和第二法向应力差系数同二次流的关系上[3-5]。此外,SYRJL[6]用Reiner-Rivlin和Criminale-Ericksen-Filbey(CEF)模型模拟出了与流动方向截然相反的涡,并以此建立了在该黏弹性本构方程下的二次流流动准则,但这种准则不适用于其他的积分型和微分型黏弹性本构方程,如PTT,Lenonv,Giesekus等模型。Yue[7]用Giesekus模型,采用有限元方法以及求解析解的方法,发现当第二法向应力差对剪切速率的一阶导数同剪切黏度对剪切速率的一阶导数的比值为正时,二次流从拐角处流向中心,反之相反。黏弹性流体是一种广泛存在的流体,研究黏弹性流体的二次流产生机理可以为分析黏弹性流体的流动提供理论依据,例如塑料加工、石油输送、血液流动等。……