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第1章 牛顿流体动力学简介 1

1.1牛顿流体流动控制方程 1

1.2各向同性湍流 6

1.2.1相关函数 8

1.2.2湍谱分析 12

1.2.3各向同性湍流动力学方程 16

1.2.4各向同性湍流中的特征尺度 20

1.2.5Kolmogorov局部各向同性湍流及其性质 22

1.3壁湍流 26

1.3.1简单壁湍流的基本特性 27

1.3.2壁湍流中的拟序结构 33

1.3.3湍流猝发与壁面阻力的形成 48

参考文献 50

第2章 黏弹性流体及本构方程 54

2.1黏弹性流体基础 54

2.1.1非牛顿流体的种类 54

2.1.2高聚物和表面活性剂 55

2.2黏弹性流体的流变学特性及测量 56

2.2.1流变学特性 57

2.2.2流变学参数的测量方法及结果 62

2.3黏弹性流体本构方程 69

2.3.1广义牛顿流体模型 69

2.3.2线性黏弹性流体模型 71

2.3.3非线性黏弹性流体模型 73

2.4黏弹性流体独特的流动特性 78

2.4.1法向应力差非零 78

2.4.2其他弹性效应 78

2.4.3剪切稀变 80

2.4.4二次流动 80

2.4.5各向异性 81

2.4.6弹性不稳定及弹性湍流 81

2.4.7湍流减阻 82

参考文献 83

第3章 黏弹性流体高雷诺数湍流减阻流动 87

3.1黏弹性流体湍流减阻流动基本概念 87

3.2黏弹性流体湍流减阻影响因素 89

3.2.1从减阻剂分子结构角度分析影响湍流减阻的因素 89

3.2.2影响湍流减阻的其他因素 93

3.3黏弹性流体湍流减阻流动的统计特性 96

3.3.1基于LDV的减阻流动实验系统 97

3.3.2流向平均速度分布 99

3.3.3速度脉动强度分布 101

3.3.4速度脉动量相关性分析 103

3.3.5速度脉动量能谱分析 103

3.4黏弹性流体湍流减阻流动的结构特性 106

3.4.1基于PIV的减阻流动实验系统 106

3.4.2二维湍涡的识别方法——旋转强度法 107

3.4.3x-y平面内湍涡分布特性 108

3.4.4y-z平面内湍涡分布特性 110

3.4.5x-z平面内湍涡分布特性 113

3.5黏弹性流体湍流减阻机理 121

3.5.1从微观结构角度对表面活性剂溶液湍流减阻机理的解释 121

3.5.2从湍流物理角度对黏弹性流体湍流减阻机理的解释 122

参考文献 127

第4章 黏弹性流体流动的弹性不稳定性 132

4.1弹性不稳定性介绍 132

4.1.1弹性不稳定性概述 132

4.1.2黏弹性流体弹性不稳定性研究历程 133

4.1.3弹性诱发的湍流运动 144

4.2弹性不稳定性诱发机理 145

4.2.1作用力平衡机理 146

4.2.2环向应力作用机理 147

4.2.3“发电机效应”机理 148

4.3弹性不稳定流动特性 149

4.3.1极低Re数对称破缺 150

4.3.2剪切带状流动 153

4.3.3热耗散弹性不稳定性 154

4.3.4弹性不稳定性促进强化混合 154

参考文献 155

第5章 黏弹性流体弹性湍流 163

5.1弹性湍流概述 163

5.2弹性湍流的研究方法 164

5.3弹性湍流的统计特性 166

5.3.1流动阻力特征 166

5.3.2弹性湍流的多尺度特性 169

5.3.3弹性湍流的标度律与间歇性 173

5.4弹性湍流的结构特征 175

5.4.1平行平板旋转流动 175

5.4.2自由液面旋转流动 177

5.4.3三维Kolmogorov流动与平行槽道内分层流动 178

5.5弹性湍流的产生机理 179

5.5.1弹性湍流与磁流体“小尺度”湍流的类比 179

5.5.2黏弹性流体微观大分子结构的“盘绕-拉伸”转捩 181

5.5.3流道弯曲流线是否必要 185

5.5.4弹性湍流脉动速度能量从何而来 186

5.6弹性湍流的应用前景 190

参考文献 192

第6章 黏弹性流体微尺度流动 195

6.1微尺度流动简介 195

6.2黏弹性流体微通道内的不稳定流动 198

6.3黏弹性流体微尺度流动强化混合 203

6.3.1标量输运的理论基础 203

6.3.2流动结构 205

6.3.3标量混合特性 208

6.3.4标量能谱 217

6.3.5标量混合长度 218

6.3.6标量梯度结构 222

6.4黏弹性流体微尺度通道内的液滴动力学 225

6.4.1黏弹性流体微液滴流动 226

6.4.2黏弹性流体微液滴生成 227

6.4.3黏弹性流体微液滴变形 231

参考文献 240

第7章 黏弹性流体流动数值模拟方法 246

7.1黏弹性流体流动数值模拟发展概述 246

7.2黏弹性流体流动数值模拟方程 248

7.3黏弹性流体流动数值模拟中的困难及解决方法 251

7.3.1黏弹性流体本构模型选取 251

7.3.2数值模拟方法选取 252

7.3.3黏弹性流体本构方程的特殊处理 253

7.4黏弹性流体流动数值模拟算例 258

7.4.1平板槽道湍流 258

7.4.2各向同性湍流 262

7.4.3Kolmogorov流动 275

7.4.4顶盖驱动方腔流动 278

7.4.5平面突扩流动 280

参考文献 286