粘弹性流体振荡挤压流动中的时间平均输运
流体动力学
2020-09-23 v2
摘要
众所周知，周期驱动流动由于失相速度场与温度/浓度场的相互作用，会产生非零的时间平均热通量或溶质通量。本文中，我们研究两平行板间隙中的此类输运（一种著名的 Taylor--Aris 色散），其中一块板竖直振荡，产生牛顿流体或 Maxwellian 流体的时间周期性挤压流动。利用多时间尺度均匀化方法，描述该流动中输运的质量/热量平衡方程被化简为一维对流--扩散--反应方程。该结果表明，系统中的质量/热量传递在时间平均框架下存在三种有效机制：沿浓度/温度梯度扩展质量/热量的有效扩散、有效对流通量，以及释放或吸收质量/热量的有效反应。我们的结果表明，存在共振模式，当无量纲板振荡频率（体现为 Womersley 数，即瞬态惯性力与粘性力之比）接近特定值时，速度达到峰值。因此，该流动中的输运受无量纲频率的显著影响。一方面，有效的时间平均色散系数始终大于分子扩散率，并在共振附近急剧增强。流体弹性与振荡强迫的相互作用提高了系统中输运的效率。另一方面，所识别出的有效对流和反应机制可以将质量/热量从高浓度/温度区域输运到低浓度/温度区域，反之亦然，这取决于无量纲频率的值。
引用
@article{arxiv.2006.01252,
title = {Time-averaged transport in oscillatory squeeze flow of a viscoelastic fluid},
author = {Rui Yang and Ivan C. Christov and Ian M. Griffiths and Guy Z. Ramon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.01252},
year = {2020}
}
备注
29 pages, 8 figures, REVTeX; v2: minor updates, accepted for publication in Physical Review Fluids