黏稠流体的湍流管流

具有内部微观结构的复杂材料，如悬浮液和乳液，表现出时序依赖的流变特性，表现为弹性和黏稠性。在许多大规模应用中，如湍流管流，弹性响应的时间尺度远短于黏稠性，因此这些流为纯粹的黏稠性。黏稠湍流的基本动力学尚不为人所了解，尤其是微观结构、流变学与湍流结构之间的相互作用。为填补这一空白，我们对在 thixoviscous 数 Λ 从慢 (Λ≪1) 到快 (Λ≫1) 的范围内，对模型黏稠流体 (Moore) 进行了完全开发的湍流管流的直接数值模拟 (DNS)。在拉格朗日框架中分析 DNS 结果显示，正如预期的那样，在慢和快动力学的极限中，这些时序依赖的流行为表现为时序无关的纯粹粘性 (广义牛顿) 类比。对于中间动力学 (Λ≈1)，流变学由黏稠衰减记忆核在拉格朗日剪切历史分布上的积分决定，后者通过简单的数值模型对径向非平稳的管流进行了建模。基于该有效黏度闭合的 DNS 计算表明，对于 Λ=1 的情况，结果与完全黏稠模型之间的误差在 2.4% 以内，表明纯粹粘性 (广义牛顿) 类比在任意 Λ∈[0,∞+) 范围内以及在非线性流变模型中都持续存在。这些结果揭示了微观结构、流变学与湍流之间的反馈机制，并为理解黏稠湍流的结构提供了基本见解。