1990年非牛顿流体粘弹性圆柱绕流的数值模拟

1990年，Howard和Joseph在《非牛顿流体力学杂志》上发表了一篇关于"粘弹性圆柱绕流的数值模拟"的重要文章。该研究采用了一种名为SIMPLER的数值模拟算法，这是一种基于有限体积法的网格离散技术，它对牛顿流体方程进行了处理，并通过迭代方法求解了非线性耦合方程。文章的核心焦点在于探索粘弹性流体绕过圆柱时的流动特性。 文章研究的是一种上convected Maxwell流体，这是一种具有弹性的非牛顿流体，其行为介于理想液体（牛顿流体）和完全弹性的固体之间。这种流体的粘度随剪切率变化，这使得其流动行为与牛顿流体有着显著差异。作者通过数值模拟，精确地计算了圆柱受到的阻力（drag force）以及圆柱与周围流体之间的热传递（heat transfer）。 实验观测到的一个显著特点是，在特定的临界速度下，阻力和热传递的变化模式发生了转变。在低于临界速度时，阻力和热传递的变化遵循牛顿流体的典型规律，表现为与速度成线性关系。然而，当速度超过这个临界值，阻力和热传递的响应变得平缓，不再有显著的速度依赖，这一现象表明了从牛顿流体类型的行为向另一种类型的过渡。 Howard和Joseph的研究不仅提供了理论预测，还对实验结果进行了对比分析，验证了他们的数值模型在描述粘弹性圆柱绕流中的有效性。这一工作对于理解粘弹性流体在工程应用中的复杂流动行为，如在管道、泵送设备或生物医学系统中的作用，具有重要的科学价值和实际意义。随着数值模拟技术的发展，这类研究为未来设计优化和流体控制提供了宝贵的数据基础。