2015年第4期（总第208期）
doi:10.3969/j. issn. 1009 3230.2015. 04. 001
应用能源技术
非牛顿流体在变截面管中流动的数值模拟
李玉伟"，方小里”，李召生”，曹丽琴
（1.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨150046；
2.燕山大学环境与化学工程学院，河北秦皇岛066004）
摘要：由于非牛顿流体的粘度随剪切速率而变化，使得其在流动时表现出十分复杂的规律，这给实际应用和研究带来困难。文中应用数值模拟方法对非牛顿流体在二维变裁面管中的非稳态流动进行了研究。研究发现，对于非牛顿流体，考虑粘度随剪切速率变化时的工况与考虑粘度为固定值时的工况相比，流动更加复杂，流场也更加紊乱，管道中心区的速度明显增加；同时，在截面突然变化的区域，流体的压力和速度波动也更加剧烈，下游区域往往会形成大量的旋涡，这对流体流动的均匀性产生巨大的影响。在同一周期的不同时刻，流场中的压力和壁面剪切力也表现不同的变化物性。
关键词：非牛额流体；非定常流动；变截面管；旋涡；数值模拟
中图分类号：TH138.1
文献标志码：B
文章编号：10093230(2015)04000104
NumericalSimulationonNon-newtonianFluidFlow
inaVariableCross-sectionTube
LI Yu wei', FANG Xiao li',LI Zhao sheng', CAO Li qin(1. Harbin Boiler Works Co.,Ltd. Harbin 150046, China;
2.YanshanUniversity,School of Environmental and Chemical Engineering,
Qinhuangdao 066004,Hebei Province, China)
Abstract: The viscosity of non Newtonian fluid depends on the shear rate, which makes the flow very complex, and increases the difficulty to practical application and research work. This paper numerically studies an unsteady non Newtonian flow in a two - dimension tube with variable across section. It shows that for the non Newton fluid, the pattern of the flow is more complex and the field is more disordered with a higher velocity at the centre of the tube in the case with the viscosity changing with the shear rate than in the case with a constant viscosity. In the region of the throat, the pressure and the velocity of the fluid fluctuate significantly and many vortices form at the downstream region, which have a significant contribution to the homogeneity of the flow. At different phases in a period, the pressure and wall shear stress performance differently too.
Key words: Non Newtonian fluid; Unsteady flow; Variable cross section tube; Vortices; Numer ical simulation
0引言
在工业生产和自然界中，存在着许多剪切应
收稿日期：2015-0309
修订日期：2015-0321
作者简介：李玉伟，男，工程师，从事压力容器常规设计、
SAD压力容器的设计工作。
万方数据
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力与剪切速率不呈线性关系的流体，称之为非牛顿流体。人身上的血液、淋巴液，以及油漆、油脂、牙膏、泥浆等都是非牛顿流体。近几十年来，促使非牛顿流体研究迅速开展的主要动力之一是聚合物工业的发展。聚乙烯，涤纶，橡胶溶液，各种工