非牛顿流体数值计算：结构与非结构网格方法

"非牛顿流体在结构/非结构网格中的数值计算，通过有限容积方法，研究了牛顿和非牛顿流体在圆形通道中的层流传热和流动特性。非牛顿流体的剪切粘性系数与流体变形有关，文章对比分析了结构化和非结构化网格的计算结果，证明了非结构化网格数值模拟方法的正确性和可行性。" 在流体力学领域，非牛顿流体是指其剪切应力与剪切速率之间的关系不遵循简单的线性关系，与牛顿流体（如水或空气）不同。非牛顿流体在自然界和工业生产中广泛存在，如血液、聚合物溶液等。在石油、食品和化学等工业中，理解和模拟非牛顿流体的行为至关重要。 本文由张敏和周云龙等人撰写，他们运用有限容积方法，分别在结构化网格和非结构化网格中对非牛顿流体在圆形通道中的流动特性进行了数值计算。结构化网格是规则的、连续的网格布局，而非结构化网格则允许更灵活的几何适应性，能更好地处理复杂边界条件。非牛顿流体的剪切粘性系数与流体的变形张量有关，这意味着它的粘性随流动状态变化，导致数值模拟更为复杂。 在非牛顿流体的流动模型中，剪切粘性系数与流体变形速度的指数次幂成比例，这引入了非线性效应。在圆环形通道中，这种流动特性会导致速度场和温度场的分布不同于牛顿流体。通过计算雷诺数（Reynolds number），可以量化流体的惯性力与粘性力之比，这是评估流动状态的重要参数。 作者们在非结构化网格中模拟了充分发展的层流，与结构化网格的结果进行比较，以验证所采用数值方法的准确性和适用性。通过这种方法，他们能够分析非牛顿流体在圆环管中的流动特点，特别是在剪切力和温度分布方面的差异。此外，他们还定义了参考粘性系数，以便计算非牛顿流体的雷诺数。 这项工作对于理解非牛顿流体在实际应用中的行为提供了有价值的工具，并为未来的研究奠定了基础，尤其是在设计和优化涉及非牛顿流体流动的工程系统时，如石油管道、生物医学设备或化工过程中的混合器。通过非结构化网格的数值模拟，研究人员可以更精确地预测和控制这些复杂流体的行为，从而提高工艺效率和安全性。