粘弹性流体方管流中气泡迁移的动力学
流体动力学
2025-03-07 v1
摘要
通过界面解析模拟，研究了在压力驱动的粘弹性流体方管流中可变形气泡的横向迁移。使用前沿追踪法将流动方程与 Giesekus 模型方程完全耦合求解，并对大范围的流动参数进行了广泛模拟，以揭示气泡可变形性、流体弹性、剪切变稀和流体惯性对气泡迁移动力学的影响。在相似的流动条件下，由于气泡表面存在自由滑移条件，发现气泡的迁移率远高于固体颗粒。观察到通过改变环境流体的剪切变稀程度可以改变气泡的迁移方向。在强剪切变稀下，气泡向壁面迁移；而在无剪切变稀的纯弹性流体中，气泡向通道中心迁移。在超过临界 Weissenberg 数时观察到了弹性流动不稳定性的出现，这进而导致即使是近乎球形的气泡也会发生路径不稳定性。当气泡变形超过临界值时，也观察到了惯性路径不稳定性。发现在高聚合物浓度的粘弹性流体中，剪切变稀会抑制路径不稳定性，而在稀聚合物溶液中，其作用发生反转并促进路径不稳定性。研究发现，向壁面迁移的气泡会诱发二次流，其速度比在相似流动条件下由固体颗粒诱发的二次流高约一个数量级。
引用
@article{arxiv.2402.13683,
title = {Dynamics of bubble migration in a square channel flow of a viscoelastic fluid},
author = {Hafiz Usman Naseer and Daulet Izbassarov and Zaheer Ahmed and Metin Muradoglu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.13683},
year = {2025}
}