层状系统在剪切作用下的快速冷却中的形貌与流动模式

我们研究了在剪切流作用下将流体从无序状态快速冷却至层状相的行为。该系统的动力学由Navier-Stock方程和convection-diffusion方程描述，其中以Brazovskii自由能推导的压力张量和化学势。我们的仿真基于Navier-Stock方程的有限差分法和Lattice Boltzmann方程的混合数值方法。我们关注在观察到带有两个不同斜率的速度分量方向分量的剪切带流动的情况。靠近边界时，系统在几乎无缺陷的情况下达到层状有序，水平速度分量的斜率高于施加的剪切速率。在系统中部，局部剪切速率低于施加的剪切速率，系统呈现为倾斜层状、滴液和小细长域的混合态。我们称之为剪切诱导结构(Shear Induced Structures, SIS)配置。应力的局部行为表明，具有共存层状和SIS区域的系统处于机械平衡状态。这一现象在固定粘度下仅在施加剪切速率低于某一阈值时发生；当施加剪切速率足够大时，整个系统中都会发展出层状有序。也考虑了不同粘度的影响：仅在粘度足够小时才会观察到SIS区域。我们将上述情景与通常的剪切分带情景进行比较。特别是，我们在带有带状流动的区域中未发现施加剪切速率变化时的应力平台。我们将结果解释为层状系统抗拒施加流动的倾向所致。