拉格朗日拉伸揭示黏弹性流中的应力拓扑
流体动力学
2023-02-22 v2
摘要
黏弹性流广泛存在于大量自然与工业过程中，其中非线性和时间相关动力学的出现调控着流动阻力、能量消耗和颗粒扩散。由悬浮聚合物的平流和拉伸引起的聚合物应力反馈于底层流体流动，最终决定黏弹性流体的动力学、不稳定性和输运特性。然而，应力场的直接实验量化具有挑战性，且关于拉格朗日流动结构如何调控聚合物应力分布的基本理解仍然缺乏。在本工作中，我们表明聚合物应力场的拓扑精确镜像于拉格朗日拉伸场，而后者仅依赖于流动运动学。我们推导了一个通用解析表达式，直接将弱黏弹性流体中的聚合物应力与拉伸联系起来，适用于非线性和非定常流动，并推广到以强运动学为特征的特例。此外，数值模拟揭示了在广泛几何形状下不稳定黏弹性流的应力与拉伸场拓扑之间的明显关联。最终，我们的结果建立了欧拉应力场与黏弹性流的拉格朗日结构之间的联系。本工作提供了一个简单框架，可直接从易于测量的流场数据确定聚合物应力拓扑，并为将聚合物应力与流动输运特性直接关联奠定基础。
引用
@article{arxiv.2206.11800,
title = {Lagrangian stretching reveals stress topology in viscoelastic flows},
author = {Manish Kumar and Jeffrey S. Guasto and Arezoo M. Ardekani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.11800},
year = {2023}
}