热力学一致的Johnson-Segalman-Giesekus模型：杆攀爬效应的数值模拟
流体动力学
2026-02-03 v1
摘要
粘弹率类型流体是一类受欢迎的非牛顿流体模型，能够描述应力缓 relaxation、非线性缓脱以及正应力差等现象。正应力差在简单剪切流中导致沿垂直于主流向的方向作用力。杆攀爬效应，即流体沿着旋转轴的杆柱上升，便与此现象相关。本文在包括Oldroyd-B模型和Giesekus模型的粘弹率类型流体类中，采用Gordon-Schowalter对流导数，展示通过热力学分析与数值模拟，热力学一致的Johnson-Segalman模型能非常好地捕捉实验数据，因而优于该类其他模型，包括在工程应用中广泛使用的标准Johnson-Segalman模型——后者被证明违反第二定律热力学。我们在GitHub上发布了基于任意Lagrangian-Eulerian(ALE)编程方程编写的稳健且计算高效的高阶有限元实现。
关键词
引用
@article{arxiv.2602.01142,
title = {A thermodynamically consistent Johnson-Segalman-Giesekus model: numerical simulation of the rod climbing effect},
author = {Jakub Cach and Patrick E. Farrell and Josef Málek and Karel Tůma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.01142},
year = {2026}
}