[發(fā)明專利]一種微圓形管道內(nèi)冪律流體性能分析方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211295494.1
• 申請(qǐng)日: 2022-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN115859845A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧曙艷;肖潭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東石油化工學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F17/11;G06F113/08;G06F113/14
• 代理公司: 沈陽(yáng)一諾君科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21266
• 代理人: 劉麗娟

1.一種微圓形管道內(nèi)冪律流體性能分析方法，其特征在于，包括：

根據(jù)坐標(biāo)系對(duì)對(duì)圓形微管道建模，建立圓形微管道模型結(jié)構(gòu)；

獲取圓形微管道模型結(jié)構(gòu)中的P-B方程和修正的Cauchy動(dòng)量方程，建立圓形微管道中冪律流體的電滲流的模型；

通過(guò)電滲流的模型獲取微圓形管道內(nèi)冪律流體性能參數(shù)，根據(jù)微圓形管道內(nèi)冪律流體性能參數(shù)繪制特性曲線，獲取微圓形管道內(nèi)冪律流體的特性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微圓形管道內(nèi)冪律流體性能分析方法，其特征在于，所述根據(jù)坐標(biāo)系對(duì)對(duì)圓形微管道建模，建立圓形微管道模型結(jié)構(gòu)具體包括：

定義微圓形管道的半徑為R，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于管道截面的圓心處，r為徑向坐標(biāo)，z為縱向坐標(biāo)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微圓形管道內(nèi)冪律流體性能分析方法，其特征在于，所述P-B方程和修正的Cauchy動(dòng)量方程為；

所述P-B方程為：

其中，所述ε_r為相對(duì)介電常數(shù)，ε₀則是真空內(nèi)的介電常數(shù)，r為徑向坐標(biāo)，單位體積內(nèi)的離子濃度服從Boltzmann分布表示為：

其中，設(shè)電解質(zhì)溶液內(nèi)陽(yáng)離子與陰離子的電荷數(shù)比例為χ₊:χ-＝1:1，當(dāng)飽和狀態(tài)下電勢(shì)ψ(r)＝0；

修正的Cauchy動(dòng)量方程為：

其中，其中，ρ是密度，是速度向量，t為時(shí)間，p壓力梯度，/是外加電場(chǎng)，/為剪切力分布，其中/是應(yīng)變率二階張量/μ₀為流動(dòng)粘度系數(shù)，量綱為[Nm^-2sⁿ]。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微圓形管道內(nèi)冪律流體性能分析方法，其特征在于，所述P-B方程邊界條件為：

其中，ξ為zeta電勢(shì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微圓形管道內(nèi)冪律流體性能分析方法，其特征在于，所述通過(guò)電滲流的模型獲取微圓形管道內(nèi)冪律流體性能參數(shù)為：

5.1、根據(jù)Cauchy動(dòng)量方程獲取描述剪切力和應(yīng)變率間的關(guān)系的柱坐標(biāo)下的本構(gòu)方程：

/

其中，τ代表剪切力，n表示冪律流體的冪律指數(shù)，u為速度，速度為徑向r的函數(shù)，表示為u＝u(r)；

5.2、獲取徑向r的速度分量的動(dòng)量方程：

并且所服從的邊界條件為：

其中，n＝1，表示流體為冪律流體，n小于和大于1分別代表剪切變薄和剪切變厚流體；

5.3、當(dāng)zeta電位勢(shì)絕對(duì)值等于或小于0.025V時(shí)，可得描述速度場(chǎng)的解析解：

相比之下，當(dāng)n≠1且|ξ|25mV時(shí)，可得速度場(chǎng)的半解析解：

最終利用高階數(shù)值積分法和變步長(zhǎng)離散格式，可求出速度場(chǎng)的數(shù)值解；

5.4、根據(jù)冪律流體本構(gòu)方程以及修正的Cauchy動(dòng)量方程可得剪切力分布表達(dá)式：

其中管道壁面處的剪切力表示為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微圓形管道內(nèi)冪律流體性能分析方法，其特征在于，所述微圓形管道內(nèi)冪律流體性能參數(shù)還包括：

冪律流體的粘性可以表示成如下形式：

上式中管道壁面處的粘性為：

流經(jīng)圓形微管道截面的流體的流量和平均速度可以表示為：

當(dāng)n＝1，即考慮牛頓流體時(shí)，zeta電位勢(shì)絕對(duì)值小于0.025V時(shí)，流量和平均速度的解析表達(dá)式：

其中，G為格林函數(shù)E為外加電場(chǎng)，Q為圓形微管道截面的流體的流量，u_avr平均速度，Q₀為zeta電位勢(shì)絕對(duì)值小于0.025V時(shí)流量和平均速度。