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本文数值研究了波形板上薄膜流动的动力学特性。研究中考虑两种流动模型,一种为固定边界流动,不可压缩流体在固定波形底板和水平运动平板之间流动;另外一种为自由表面流动,不可压缩流体在固定波形板上流动。选取两种波形底板模型:一种为正弦板基面;另一种为三角板基面,其轮廓曲线分别为周期变化的正弦和三角形曲线。流动中采用两种不同流体介质:牛顿流体和非牛顿流体。
运用有限元方法,从斯托克斯方程,连续性方程和流函数方程出发,通过有限元离散、等参元映射、数值积分和牛顿迭代,得到有限元方程的精确数值解,利用后处理软件对得到的数值结果进行了可视化处理。本文分析了薄膜流动在不同情况下的流线结构和底板上壁面剪切应力值,并定性研究了涡旋在流动过程中的生成及演化情况。
在薄膜流动过程中,考虑波形板的轮廓形状参数变化、流动中雷诺数的大小、薄膜厚度的变化以及非牛顿流体的剪切变稀系数对薄膜流动的流变特性影响。当波形板的波动度超出临界值,波形板壁面上的流动出现流线分离,流动中有涡生成;增大波动度,流动中出现第二个涡;Re=0,流线在流场中对称分布;雷诺数增大,流线驻点在水平方向出现位置偏移,涡的范围增大;对于非牛顿流体,随着剪切变稀指数的减小,涡的作用范围减小。
本课题数值计算应用Fortran程序Wavyplate和Wavyfilm;数据后处理部分使用Matlab编译器,对模拟计算得到的数值结果进行图像可视化处理