The converging flow of viscoplastic fluid in a wedge or cone
The converging flow of viscoplastic fluid in a wedge or cone
复制标题
粘塑性流体在楔形或圆锥形中的会聚流动
DOI：
10.1017/jfm.2021.112
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发表时间：
2021
影响因子：
3.7
通讯作者：
Taylor-West J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Taylor-West J
本文对粘塑性流体在楔型和轴对称锥型驱动下的收敛流动进行了分析和数值研究。当屈服应力相对较大时，大部分流体在薄层内塑性流动，在薄层内，流体被强烈剪切，以实现边界无滑移。相反，当屈服应力相对较小时，运动以粘性为主，由于粘塑性效应对速度和应力场的修正较弱。在这两种情况下，粘塑性引起了一个弱角速度，直接远离边界，纯径向流动是不可能的。采用渐近方法计算了流场结构，并通过有限元数值模拟进行了验证。分析了宾厄姆流体和赫歇尔-巴克利流体的流动，并考虑了平面几何和轴对称几何。虽然这些案例在细节上有所不同，但它们具有相同的定性结构。特别是，当屈服应力相对较大时出现的粘塑性边界层不仅确保不发生滑移，而且通过中间匹配层确保剪切速率保持有界。
Converging flows of viscoplastic fluids, driven steadily through wedges and axisymmetric cones, are studied analytically and numerically. When the yield stress is relatively large, the bulk of the fluid flows plastically apart from within thin layers where the fluid is strongly sheared in order to achieve no slip at the boundary. Conversely, when the yield stress is relatively small, the motion is viscously dominated with weak corrections to the velocity and stress fields due to viscoplastic effects. For both regimes, viscoplasticity induces a weak angular velocity, directed away from the boundaries, and purely radial flow is not possible. The structure of the flow is calculated using asymptotic methods, confirmed by finite element numerical simulations. Flows of both Bingham and Herschel–Bulkley fluids are analysed, and both planar and axisymmetric geometries are considered. Although these cases differ in their details, they share the same qualitative structure. In particular, the viscoplastic boundary layers that emerge when the yield stress is relatively large, ensure not only that no slip is enforced, but also, through an intermediate matching layer, that the shear rates remain bounded.
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