粘弹性流体螺旋流动模型的解析解研究

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油漆,塑料,岩石,混凝土,血液等涉及化工,生物,土木工程,医学等多种领域的材料,多为高分子聚合物.在一定的应力状态下不但表现出有限变形,同时也表现出有限或无限的流动,其应力和应变响应依赖于时间和应变率,与受载和变形历史有关,因此应力和应变不满足线性关系,为粘弹性流体.基于这类背景,本文主要研究粘弹性流体的螺旋流动的速度场和剪切应力.首先,本文主要介绍了课题研究背景、国内外研究现状以及本文所用到的理论基础知识和几类特殊函数的导数与积分,并得到了 Bessel函数J1(rrn),Y1(rrn),J0(rrn),Y0(rrn)的导数公式,超越函数BN(rrn)的导数公式,和函数J1(rrn),Y1(rrn),r2J1(rrn),r2Y1(rrn),rJ0(rrn)rY0(rrn),rlnrJ0(rrn),rlnrY0(rrn)的积分公式,为后续关于有限 Hankel 变换的计算提供了正确的理论依据.其次,本文主要研究了广义Maxwell流体和广义Oldroyd-B流体的三类流动情况.第一类为带有压力梯度项的广义Maxwell流体和广义Oldroyd-B流体的非定常流动,即由两个无限长直圆柱的旋转和振荡压力梯度引起的流动.第二类为广义Maxwell流体和广义Oldroyd-B流体的螺旋流动,即由内外圆柱以不同的角频率围绕对称轴旋转,以不同的线速度沿对称轴滑动引起的流动.第三类为广义Maxwell流体和广义Oldroyd-B流体的非定常螺旋流动,即由内圆柱的扭转以及与时间有关的纵向剪切应力引起的流动.最后,在研究上述三类流动情况中,本文采用对时间的分数阶微分算子代替对时间的整数阶导数,构建了广义Maxwell流体和广义Oldroyd-B流体的分数阶本构模型,结合流体力学的动量守恒方程和流体运动的初边界条件,运用Laplace变换和有限Hankel变换得到了这三类流体运动的速度场和剪切应力的精确解.
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