Fluent非牛顿流体绕钝体的流动特征数值研究

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毕业论文

1绪论1

1.1课题研究背景及意义.1

1.2国内外研究现状.1

1.3课题研究意义...2

1.4课题研究的内容.2

2非牛顿流体介绍.错误！未定义书签。

2.1非牛顿流体的概念..错误！未定义书签。

2.2非牛顿流体的分类...4

2.3非牛顿流体的数学模型...5

2.4流动特征...6

3非牛顿流体绕钝体流动的数值分析..6

3.1数学描述..6

3.1.1控制方程.6

3.1.2边界条件7

3.2数值求解..8

4有限容积法（FVM）求解及相关软件使用.8

4.1FVM简介...9

4.2网格划分技术介绍..9

4.2.1Gambit前处理器..9

4.2.2Fluent求解器...10

4.3Fluent求解操作步骤...10

5数值计算结果分析...12

5.1牛顿流体绕圆柱流动的数值模拟.12

5.2幂律流体绕钝体的流动数值模拟.14

5.2.1剪切稀化流体...14

5.2.2剪切稠化流体...17

结论21

致谢23

参考文献...24

1 绪论 1.1 课题研究背景及意义自然界中常见的流体，如空气、水和工程中大部分的油类都属于牛顿流体，牛顿流体最主要的数学特征是服从牛顿内摩擦定律，即流体上的剪应力同剪切变形速率呈现线性函数关系。然而在自然界及许多工业生产过程中，有一些流体，如高分子溶液、血液、泥浆、油漆，凝胶等等，它们表现出来的流体粘性不遵守牛顿内摩擦定律，称为非牛顿流体。随着科学的发展，非牛顿流体被越来越多地应用到生活生产中，而且应用涉及到的领域也非常的广泛，因此研究非牛顿流体的性质和其运动特性对社会经济发展有非常重大的帮助。在实际生活和工业生产中，涉及非牛顿流体的物理过程非常多。例如，人体内血液的流动；工程建筑所需泥浆的制备和浇注；生物酶溶液的搅拌制取，等等。都需要分析非牛顿流体的流动特性。由于非牛顿流体的流变特性非常复杂，使得描述非牛顿流体的控制方程和本构方程带有严重的非线性，用理论分析方法求解非常困难。且开展非牛顿流体的研究时间通常都很长，耗费也高。流体绕钝体流可以称作一个既经典又新鲜的流体力学问题。经典是因为从上世纪以来，就有很多学者对其做出非常多的研究，源]自=751-^论-文"网·www.751com.cn/ 包括对卡门涡街的研究、高低雷诺数下流态的变化、层流紊流对绕流后漩涡的影响，等等。新鲜是对于绕流这个命题来说，相关理论的研究成果还比较贫乏，随着工业的进步，绕流的模型愈加复杂，所以仍然吸引着大多学者去研究。随着计算机科学技术的快速发展，用数值计算方法大大减少了求解过程时间。就是将一个连续的过程离散化，再对离散形方程求解，同时考虑其稳定性、误差和收敛性，最后求出变量的近似值解（控制误差、收敛和稳定，使得数值计算解逼近理论分析解）。在过去的几十年间，数值分析计算方法已经发展得相当成熟。人们用数值方法求解绕流问题不仅方便快捷，省时节力，而且得到的数值解也越来靠近解析解。