4:1粘弹性收缩流动中纤维取向研究 - Jeffery方程的应用

"这篇论文是2014年发表在《太原科技大学学报》第35卷第2期的一篇自然科学论文，主要研究了4:1粘弹性收缩流动中纤维的取向行为。作者通过纤维生成算法和求解Jeffery方程来分析纤维在流场中的动态变化。在4:1的平板收缩流中，不同区域纤维的取向表现出不同的特点：靠近壁面远离拐角处，纤维受到剪切力影响，呈现周期性旋转；接近中轴线时，拉伸力占据主导，纤维沿单一方向拉伸；而在上游拐角区域和入口处，由于流动的复杂性，纤维取向呈现出不规则旋转。该研究对理解短纤维增韧聚合物基复合材料的加工过程和性能具有重要意义，特别关注了纤维取向对流变特性的影响。" 这篇论文详细探讨了在粘弹性流体流动中，尤其是4:1比例的平板收缩流中的纤维取向问题。在粘弹性流体中，纤维的取向状态对其性能和最终产品的性质有显著影响。作者韩志杰、李俊林和杨斌鑫采用了创新性的纤维生成算法，这使得他们能够直接在流场中模拟纤维，并通过解决经典的Jeffery方程来追踪纤维的动态取向。 论文中指出，流场的不同区域对纤维取向的影响不同。在靠近壁面但远离拐角的地方，纤维主要受到剪切力的作用，导致它们周期性地旋转。相反，在接近中心线的位置，拉伸力占优势，纤维趋向于沿单一轴向拉伸。然而，在上游的拐角区域和收缩入口，由于流动的复杂性，包括旋转和混合，纤维的取向变得复杂且不规则，反映出流动性质的变化。 这项研究对理解短纤维在聚合物基体中的分布以及其在加工过程中的行为至关重要，尤其是在聚合物熔体流动体系的流变特性方面。纤维取向的概率分布函数通常用于描述大量纤维的平均取向，但该方法无法揭示单个纤维在流动中的具体行为。论文的方法则弥补了这一空白，通过跟踪单个纤维的运动和取向，为优化复合材料的制造工艺和提升其性能提供了理论支持。 此外，该论文遵循了不可压缩粘弹性流体的二维稳态假设，使用了无量纲化的控制方程组来描述流场动力学，包括Navier-Stokes方程的修正形式，考虑了粘弹性流体的特殊性质。通过Weiner、Reynolds和其它无量纲参数，论文深入探讨了流场参数与纤维取向之间的关系。 这项研究不仅提供了关于纤维取向的新见解，而且对于粘弹性流体流动领域的理论研究和工程应用都具有深远的意义。