Development of polymer model in viscoelastic fluid based on complementary roles of active and inactive polymers

基于活性和非活性聚合物互补作用的粘弹性流体聚合物模型的开发

基本信息

批准号：
17K06145
负责人：
堀内潔
金额：
$ 3万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、高分子添加溶液中の高分子流動の解析を目指し、高分子鎖をdumbbellで近似したBDS-DNS法を用いた。Dumbbellが溶媒の変形に追随する反変性の仮定が用いられて来たが、反変型は中間値の高分子エネルギー生成を担い、伸長が大きい場合、高分子エネルギーを溶媒の散逸に伝達するEITが発生し、抵抗低減が低下する。過去の研究において、非追随性が最大の共変型dumbbellでは、反変型以上の伸長と高分子エネルギー生成が得られてEITが抑制され、両型は互いに相補的な役割を果たす事を示した。実際は非追随性が可変になると考えられ、非追随性が可変な新規モデルの構築を行い、工学的実用化を図った。Dumbbellの回転による配向の変換を非追随性強度の増減に繰り込んで可変性を導入し、一様等方乱流において検証した。追随性を解除した場合、実際に反変型から共変型への遷移が起き、両型間の変換が概周期的に反復される事を示した。反変型では、伸長方向から周方向への配向変換により EITが低減されるが、最大の抵抗低減は，反変型から共変型への遷移により得られ、EIT が消失する事を明らかにし、モデルの有効性を示した。BDS-DNSは実用計算には不向きであるため、BDS-DNSのモデルを高分子応力の構成方程式によるDNSに適用可能なモデルに拡張し、計算時間の削減、BDS-DNSと同等な両型間の概周期的な変動と抵抗低減が得られることを示した。更に、反変型の磁場から成るMaxwell応力を付加したMHD乱流のDNSを行い、伸長が大きな磁場は飽和して磁場エネルギーの流体散逸への伝達が起きる事を示した。また、共変型のスカラー勾配から成る応力を付加したスカラー場のDNSを行い、スカラー勾配が反変的な渦度より伸張が大きい事と共変型高分子と整合する抵抗低減が得られる事を示し、反変性と共変性要素が有する特性の普遍性を明らかにした。

在这项研究中，我们旨在分析聚合物添加溶液中的聚合物流，并使用了BDS-DNS方法，其中哑铃近似聚合物链。使用哑铃遵循溶剂变形的结合化的假设已被使用，但是结合形式带有中间聚合物能的产生，当伸长率很大时，将会将聚合物能量转移到溶剂消散的eIT中，从而产生降低抵抗力的降低。先前的研究表明，在具有最大非追踪特性的协变量中，EIT受到抑制，而不是抽搐类型，并且抑制了EIT，两种类型都起着互补作用。实际上，据认为，不可通行的性能是可变的，并且构建了具有可变性能的新模型，以使其对于工程技术实用。通过增加或降低非追踪强度以引入可变性，引起了由于哑铃旋转而引起的方向转换，并在各向同性湍流中得到了验证。当删除后续能力时，实际上会发生从违反剂到协变量类型的过渡，并大致周期性地重复两种类型之间的转换。在违反形式中，通过从扩展到圆周方向的方向转换来降低EIT，但是最大电阻的降低是通过从违反形式到协变量形式的过渡获得的，表明EIT消失了，表明该模型的有效性。由于BDS-DNS不适合实用计算，因此我们将BDS-DNS模型扩展到可以使用聚合物应力的本构方程应用于DNS的模型，并表明它会降低计算时间，并大致循环变化和两种类型之间的循环变化和电阻降低。此外，我们用添加了麦克斯韦（Maxwell）应力的MHD湍流进行了DNS，由抽搐的磁场组成，并表明具有较大延伸的磁场饱和，磁场能的转移到流体耗散。此外，由添加应力的标量场的DNS（由协变量梯度组成）表明，标量梯度的扩展比相对于旋转的涡度和与协变量聚合物相匹配的电阻的降低，揭示了汇总和协方差元素的性质的普遍性。