中国科大发现大分子添加剂的湍流增阻现象

中国教育装备采购网2013-11-08 11:17围观185次我要分享

  日前,中国科学技术大学工程科学学院计算流体力学实验室刘难生副教授与合作者在非牛顿流体的复杂湍流研究方面取得重大进展,通过数值模拟Taylor-Couette流动首次发现了大分子添加剂导致的湍流增阻现象,并提出这一现象的驱动机制源于大分子弹性效应诱导的惯性-弹性G?tler失稳。该项研究成果于9月13日在《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett.)发表,相关机理可用于指导非牛顿流体复杂工程湍流的流动控制。

  Taylor-Couette湍流中大分子添加剂导致的大尺度Taylor涡破碎和阻力剧增

  刘难生副教授与合作者的研究表明,大分子添加剂在曲壁湍流中可引起超过60%的阻力剧增,这与此前一直备受关注的在平直壁面(槽道或圆管)湍流中大分子诱导的高达70%的减阻效果截然相反。分析指出,大分子拉伸与流体剪切之间存在高度的非线性相互作用,导致流场中大尺度Taylor涡结构破碎成为两种形成机理完全不同的小尺度涡结构,即惯性失稳产生的Taylor涡和弹性失稳触发的G?tler涡,从而引发了湍流阻力的急剧增大;G?tler涡结构产生的具体根源在于,大分子添加剂在静止外圆柱附近诱导了局部弹性失稳,并进一步触发了更强的G?tler失稳。

  这项工作所发现的全新流动现象及其机理的科学解释受到国际学者的高度评价和肯定,研究成果被评审人认为“very interesting and scientifically sound, provided a plausible mechanism based on elastically modified G?tler vortices for concave walls”, 并在美国《物理评论快报》[Physical Review Letters]上刊出。刘难生副教授是论文的第一作者。此工作得到国家自然科学基金资助。

来源:中国科学技术大学

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