基于UDF二次开发黏弹性流体数值研究

邹 赫， 王企鲲,2*， 薛壮壮

(1.上海理工大学 能源与动力工程学院， 上海 200093；2.上海理工大学 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室， 上海 200093)

依据非牛顿流体是否具有弹性，可将其划分为纯黏性流体与黏弹性流体[1-2]。黏弹性流体特征：同时具有黏性和弹性2种性质，如血液[3]、唾液[4]和PVP聚合物溶液[5]等。大量研究表明黏弹性流体具有许多不同于牛顿流体特殊物理现象[6-10]，如：湍流减阻效应、剪切稀变效应、挤出胀大效应、Weissenberg效应和Kaye效应，在工程实际中具有广泛的应用前景[11-12]。

目前国内外学者对黏弹性流体的研究主要集中于理论与实验2方面。然而，描述黏弹性流体的数学模型十分复杂，理论研究仅限于简单流动，结果不具有普适性；实验研究结果直观，但很难获得流场中的重要内特性参数，如流场变形率、弹性应力等；因而限制了对黏弹性流体流动机理的深入研究。

随着计算机技术的迅速发展，数值模拟被广泛应用于黏弹性流体流动机理的研究。相较于牛顿流体，黏弹性流体本构方程因其形式复杂且非线性强，因此，对其开展数值研究的难度远高于牛顿流体。上述问题，引起众多学者的关注，并相继展开研究：Alves等[13]和Hulsen等[14]分别应用有限体积法和有限元法对黏弹性流体圆柱绕流问题进行数值研究，指出此类方法无法在局部区域获得收敛，表明需采用更为先进的数值计算方法或更高的网格精细度；Xiong等[15]通过直接数值模拟(Direct Numerical Simulation，DNS)计算固定翼型(NACA0012)在黏弹性流体中的流动状态，指出由于黏弹性流体本构方程的双曲特性会导致计算量和计算所需时间增大。……