塑性非牛顿流体在偏心圆环管中的流动特性与应用研究

本文主要探讨了偏心圆环管中塑性非牛顿流体的流动特性，由作者张敏、李维仲与房萍萍、许彬合作完成，他们在南京理工大学动力工程学院和大连理工大学动力工程学院共同开展这项研究。研究的核心是使用幂率本构方程来模拟这种非牛顿流体在充分发展层流条件下的流动行为，这种模型在实际工业应用中广泛存在，如热交换器、压缩机和钻井机等领域。 在研究过程中，论文将偏心圆环管内的流动横截面通过坐标变换转换为一个单位圆，并采用二阶精度的有限差分方法来离散处理动量方程。作者特别关注了剪切指数在0.2至1.0的范围内，偏心率ε对流动特性的影响。他们强调，尽管牛顿流体在偏心圆环管内的流动已有一定的理论基础，但对于非牛顿塑性流体的研究则相对较少。 论文引用了过去的相关研究，如Piercy等对同心圆管内牛顿流体的研究，以及Stevenson、Snyder和Goldstein、Trombetta、Tiedt等人关于偏心环管流动的分析。这些研究揭示了偏心率对速度分布和流动状态的显著影响，即使是微小的偏心也会显著改变流动模式，这一结论通过Escudier和Gouldson的实验数据得到了验证。 尽管非牛顿流体在同心环管的研究相对匮乏，但Fredrickson和Bird以及Touc和McGiven等学者在早期对宾汉塑性流体和幂率流体的同心环管流动有所贡献。然而，他们的工作主要集中在特定的参数范围内，即0.417<r*<0.508。 这篇论文填补了偏心圆环管中塑性非牛顿流体流动特性研究的空白，为工业界提供了更全面的理解，特别是在设计和优化涉及此类复杂流动的设备时，这一研究结果具有重要的实践价值。通过严谨的数学建模和实验验证，研究人员揭示了偏心率如何影响流体的流动行为，这对于工程师在设计热交换器、压缩机和钻井设备时，优化流动效率和减少能耗具有重要意义。