复杂流体讲义.ppt

1、2020/7/2，a，1，现代力学和热科学的进展复杂的流体及其应用，朱克勤清华大学宇宙航空学院2011年3月，2020/7/2，a，2，力学面临的机遇和挑战，中国科技协会主编，力学学科发展报告，中国科学技术出版社，2007年北京，1 .引言，2 从牛顿时代到十九世纪末，力学以质点、质点系、刚体、理想弹性体和理想流体为模型，用微积分等数学工具形成了自己的完整理论体系。 进入二十世纪后，力学开始以在自然界和工程技术中相遇的复杂媒体和复杂系统为研究对象，力学研究领域的开拓，陆续出现了力学新的分支学科，另一方面，把力学作为现代工程技术(如航空宇宙工程、船舶工程、土木工程、机械工程、热能工程和武器工程等

2、)的重要基础。 的双曲正切值。 2020/7/2，a，4，1 .引言，2000年底，美国工程院选出了20世纪对人类社会影响最大的20项技术，与许多重要的技术进展和力学有关。 以前三位的技术为例，1 )电力系统技术。 涡轮、发电机、输电线的设计在力学上是不可或缺的。 二十世纪后五十年，从力学设计来看，叶轮效率提高了约一/三，经济效益达到了五千亿美元，从力学设计来看，锅炉燃烧效率提高了，经济效益也很大。 2 )汽车制造技术。 力学设计使汽车发动机效率在约50年间提高了约1/3，光汽车节约的燃料费达到了2000亿美元，排气污染减少了90%以上。 3 )航空技术。 大部分阶段的重大进步与力学家的贡献密

3、切相关。 科学技术的进步将永远持续下去。 再过一百年，20世纪引以为豪的技术成果只是人类现代文明的新起点。2020/7/2、a、5、1 .引言，图-144(M=2.2 )、协和号(M=2.02 )、协和号(1976-2003 )是法国共同开发的，与图-144(1975-1987 )相同，是世界上唯一的商业超音速客机。 1996年2月7日，协和飞机从伦敦到达纽约只花了2小时52分59秒。 2020/7/2，a，6，科学大师谈力学。 “虽然古典力学确实不能成为支配所有物理学的基础，但它在物理学中还占据着我们思想的中心”A. Einstein 物理学的进化“自然的所有现象可以根据力学原理用类似的推论

4、来表现”。 牛顿自然哲学的数学原理，1643-1727，1879-1955，2020/7/2，a，7，力学与现代工程的关系，“力学是宇宙航空的基础”王永志，“力学是基础科学和工程技术的桥梁”黄克智，“力学缓解了能量不足， “为提高能源利用率做出了重要贡献”和增元力无处不在”杨卫，“机械科学技术的重要问题依赖力学发展”温诗铸，2020/7/2，a，8，水路清晰，为有源的活水而来。 宋朱熹观书有感，流体力学的源活水：研究对象的开拓和新的研究方法.1 .引言，2020/7/2，a，9，混沌：少一个钉子。 失去了一个国家。 Bernard对流在20世纪初被发现，1 .引言，2020/7/2，a，10，

5、孤立波首先由s .罗素(1834 )在运河发现，1 .引言，2020/7/2，a，11，当场再现孤立波的实验(1995 )，1 古典流体力学主要研究牛顿流体的运动规律和应用，20世纪以来，近代流体力学发展很快，其中的主要指标之一是研究对象从牛顿流体扩展到复杂流体。1 .引言，2020/7/2，a，13，问题：为什么要关注复杂的流体？ PS 2012大会在北京举行，2020/7/2，a，14，2020/7/2，a，15， ii.fluid physics research thefultichphysicsprograncecompossadwiderentofresearchinthephys

6、icsandengineeringscience includingstudies 流动动态，流动动态， complex plex fluids1) colloidsandsuspens2) nanoscalefabricationinthefluidphase3) granular mechanics 4 erferacialphenomenac.multiphaseflowandphasechanged.bifo fluids，NASA Research Announcement，2020/7/2，2020 1.1复杂流体的

7、例子泥浆、火山熔岩、钢水、2020/7/2、a、17、血液、牙膏、生活中的：稀有饭、果酱、酸奶、沥青、油漆、粘合剂等复杂流体有很多不同于牛顿流体的独特性质，1.1复杂流体，2020/7/2，a，18，电流变化液，1.2复杂流体的流动特性2020/7/2，a，19，newstonanefluid，Viscoelastic fluid，Sprays of fluids，1.2复杂流体的流动特性，2020/7 a suspension sedimenting in a fluid in a newtonian fluid、In a viscoelastic fluid、1.2复杂流体的流动特性、20

8、20/7/2、a、21、Drop impact of fluids、newt Viscoelastic fluid，1.2复杂流体的流动特性2020/7/2，a，22，T. Cubaud and T.G. Mason，flodiginfoviscousssthreadsinddivicingmicrochannels，p 114501(2006 ) .1.2复杂流体的流动特性2020/7/2，a，23，1.2复杂流体的流动特性，manycomplexmaterialscannotbedescriptivebysimplemodels！ Groisman A，Steinberg v.effici

9、entmixingatlowreynnoldsnumbersingpolymeradditives.nature，2001，410:905-8，2020/7/2 Weissenberg效应1.2着重研究了复杂流体的流动特性，本讲座着重研究了复杂的粘弹性流体、2020/7/2、a、25、1.2复杂流体的流动特性，将粘弹性流体定义为具有粘性和弹性的介质。 首先介绍粘弹性流体的几种典型模型。 那个构造方法非常简单。 弹性体是固体力学的模型化模型(弹簧)，粘性流体是流体力学的模型化模型(粘性阻尼器)。 粘弹性流体是两者组合的系统。 spring(hooklaw)dashpot，2020/7/2，a，2

10、6，kelvinmodelmaxwellmodeloldroid-b模型，1.3粘弹性流体的经典模型，问题：上述系统的应力-应变关系(结构关系) 基本原则：并联：加应力，应变相同，串联：的应力相同，必须改变相位，2020/7/2，a，27，1.3粘弹性流体的经典模型，2020/7/2，a，28，1.3粘弹性流体的经典模型在进一步开拓复杂粘弹流体结构关系的各种探索中，最大胆的构想是G. W. Scott Blair在1947年提出的.G. W. Scott Blair，theroleofpsychophysicsinrhology， colloid science 1947，Vol.2，pp.2

11、1-32，G. W. Scott Blair，psychorology : linkbetweenthepastandthepresent，journal of Vol.5，pp.3-12 2020/7/2，a，29，2.Scott Blair模型，G. W. Scott Blair是他的经典论文“心理物理学在流动学中的作用”，弹性体的应力与应变的零阶时间导数成比例，牛顿流体的应力、G. W. Scott Blair、theroleofpsychophysicsinrhiology、颜色边界、1947、Vol.2、pp.21-32、2020/7/2、a、 30 thisisathree-par

12、ametermodelandintroducedbyscottblair .Spring (1676 )，Dashpot (1686 )，分数阶导数在记述很多粘弹性材料的流变学行为上非常有效。2. Scott Blair型号、2020/7/2、a、31、Fractional Maxwell fluid、A. Hernndez-Jimnez、et al relaxationmodulusinPMMMMA和ptfetfifittby Polym. Test. 21 (2002) 325-331 .Polymer Methylmethacrylate、Maxwell fluid polytetraf

13、luorethylene，this is a four-parametermodelofv conclusion : fractionalelementplaysavirtullorleinthedectricationofcomplexvisicoelasticfluids .2. Scott Blair模型，2020/7/2，2020 (lhospital 1695 )，lhospital 1661-1704，以上内容，欢迎问题，2. Scott Blair模型，2020/7/2，a，33，一些著名数学高手对hospital问题着迷。 例如：欧拉1707-1783、Fourier 1768

14、-1830 la place 1749-1827、Abel 1802-1829、Liouville 1809-1882、riemann1826-1866， 2.1scottblair模型的数学基础是riemann开发的differedifferedifferenttheoryoffractionaloperations是thefireuseoffractionaloperationwasabel 2020/7/2，a，34， in 1819 starting with y=XM s.f.lacroixprentedhisexpressionof-orderderivativesintermso

15、ftlegendoress symbol whichdefinitionofa-o 与laplace定义相比，acein1812 .2. 1 Scott Blair模型的数学基础是notation : then-folder integral； n-order derivative .2020/7/2，a，35，2.1 Scott Blair模型的数学基础，文件夹整合公式example the riemann-liouvilleoperatoroffractional集成isdefinedas，For example，2020/7/2，a，36， 2.1scottblair模型的数学基础riemann-liovilleoperatoroffractionalderivative， whichcoincideswithlaplacesdefinitionof-order derivative