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文章编号 应用数学和力学编委会ISSN
微 极 性 流 体 在 上 下 正 交 移 动 的
渗 透 平 行 圆 盘 间 的 流 动
司新辉
郑连存
张欣欣
司新毅
北京科技大学 数理学院 北京
北京科技大学 机械工程学院 北京
河海大学 水利水电工程学院 南京
摘要分析了上下正交运动的两平行圆盘间的非稳态的不可压缩的二维微极性流体的流动应
用 von Krmn 类型的一个相似变换偏微分方程组PDEs被转化成一组耦合的非线性常微分方
程ODEs应用同伦分析方法得到方程的解析解并且详细讨论了不同的物理参数像膨胀率
渗透 Reynolds 数等对流体的速度场的影响
关键词同伦分析方法膨胀率正交移动的渗透圆盘
中图分类号O O文献标志码A
DOI jissn
引言
两圆盘间的流体流动在旋转机械计算机存储设备黏度测定润滑晶体生长过程热质
交换器生物力学和海洋学等方面有广泛的科技应用在止推轴承中两圆盘间通过喷注而达
到润滑分离的目的而且在现代润滑科技上具有聚合物添加剂的流体被应用作为润滑
油
Elcrat
证明了具有渗透的两静止圆盘间的流动解的存在性和唯一性Rasmussen
推广
了 Berman
的相似变换把控制方程变成了耦合的非线性微分方程分析了两渗透圆盘间的
稳态流动
Eringen
和 Aero 等
首先提出的微极性流体理论对这样的一类流体进行了描述随机
分布的小颗粒悬浮在粘性的介质中小颗粒具有旋转或者平移的状态是 NavierStokes 控制方
程的推广这样的流体在血液流润滑多孔介质湍流剪切流和毛细血管和微尺寸管道都有应
用
文献对微极性流体和及其应用有详细的论述Guram 和 Anwar
数值分析了
稳态的不可压缩的一旋转一静止的两平行圆盘间的流动Kamal 等
比较了 Newton 流和微极
性流体并且数值分析了两渗透的平行圆盘间的对称流Ashraf 等
应用 SOR 方法分析了两
渗透圆盘间 Reynolds 数影响和微极性结构
应用数学和力学第 卷 第 期
年 月 日出版
Applied Mathematics and Mechanics
VolNoAug
收稿日期 修订日期
基金项目国家自然科学基金资助项目中央高校基础研
究基金资助项目FRFTPA
作者简介司新辉男山东人博士联系人Tel
Emailsixinhui
ustbcom
应用相似变换Nazir 和 Mahnood
首先考虑了两正交运动的平行旋转圆盘间的流动和热
传导特征然而在他们的工作中认为圆盘是不可渗透的而上下正交运动的这样的特殊的边
界条件是由 Uchida 等
为了分析胀缩的血管中的生物流体的流动隔膜间的振动以及呼吸
系统中的空气循环而首先提出的一个流动模型Ohki
研究了半无限长多孔管道中的非稳态
流动管道沿轴向可以延伸然而其半径不发生改变Barron 等
试验得到了壁面随时间运动
的具有多孔的矩形管道流动他们用二氧化碳的升华过程去模拟壁面的喷注过程而且在升
华的过程中管道壁面膨胀或者收缩Majdalani 等
Dauenhauer 等
得到了不同的渗透
Reynolds 数下膨胀收缩的矩形管道数值和渐近解近年来 Asghar 等
应用 Adomian 分解方
法讨论了弱渗透 Reynolds 数影响下微膨胀的管道内的流动Dinarvand 等
得到两平行胀
缩渗透平板间的解析近似解Si
把这一问题推广到微极性流体和粘弹性流体然而以上
所有的工作都认为壁面的膨胀率为一常数Xu 等
对这一工作做了推广考虑壁面的膨胀率
为时间的函数由
变到
但是结果发现这一和时间相关的解很快接近于稳定的状态
受以上的工作的启发本文对两正交移动的渗透圆盘间的非稳态的不可压缩的微极性流
体进行了分析忽略了体积力和力偶的影响圆盘间的流动是由对称的两渗透圆盘的喷注或者
吸附所驱动本文应用由 Liao
提出的同伦分析方法HAM 求解速度分布情况HAM 已经
成功地被应用于解决了很多的非线性问题
应用同伦分析方法得到壁面的移动圆盘的
渗透对流体速度和微旋转速度的影响
问题描述和控制方程
对两正交移动的渗透圆盘间的非稳态的不可压缩的微极性流体进行了分析忽略了体积
力和力偶的影响两圆盘间的距离是 at并且两圆盘有相同的渗透速度以速率 at 接近
或者远离中心如图 所示选择柱面坐标中心原点位于两圆盘的中间位置速度 uw 为 rz
图 1两正交移动的渗透圆盘间的流动模型
FigModel for orthogonally moving porous disks
方向的速度分量 为微极性分量
根据以上假设控制方程可以表示为以下形
式
u
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j
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w
r
j
这里 分别为密度粘性系数 j 分别表示单位质量的微惯性旋转梯度粘度涡流粘度
系数表示为如下形式
司 新 辉郑 连 存张 欣 欣司 新 毅
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