乳浊液流变模型参考

乳浊液流变模型用于由悬浮在另一种液体中的液滴组成的流体。混合物粘度取决于离散相的体积分数,并且流体会表现出非牛顿行为。

在临界体积分数下,可以反转相,并且连续相和离散相的动力粘度会交换。

1. 乳浊液流变模型参考
理论 请参见乳浊液和悬浮液的流变
提供方式 [相间相互作用] > 模型 > 可选模型
节点路径示例 [相间相互作用] > 模型 > 乳液流变
要求
激活了以下模型的欧拉多相模拟:
  • 材料多相
  • 多相流模型欧拉多相流 (EMP)
  • 粘滞态层流湍流
  • 对于湍流
  • EMP 湍流混合物湍流
  • 湍流雷诺平均纳维-斯托克斯
  • 雷诺平均湍流K-Epsilon 湍流雷诺应力湍流
  • 对于 K-Epsilon 湍流
    • K-Epsilon 湍流模型EB K-Epsilon滞后 EB K-Epsilon标准 K-Epsilon 低雷诺数
    • 壁面处理:任何
  • 对于雷诺应力湍流
    • 雷诺应力湍流模型椭圆混合线性压力应变两层
    • 壁面处理所有 y+ 壁面处理(用于椭圆混合)或两层所有 y+ 壁面处理(用于线性压力应变两层)

两个液体相。

需要连续-离散拓扑相间相互作用。

已激活以下相间相互作用模型:

    • 可选模型乳浊液流变
属性 关键属性包括:最大填充

请参见乳浊液流变属性

激活 模型控制(子节点)

各向异性张量

标定前因子

请参见乳浊液流变子节点

材料

在相间相互作用中的多相材料节点下:

法向相对粘度

渗透压

相对粘度

松弛时间

表面张力

屈服相对粘度

屈服应力

请参见材料和方法

场函数

请参见场函数

乳浊液流变属性

最大填充
最大填充分数与颗粒悬浮液的定义方式类似。

指定的值乘以标定前因子可产生Eqn. (2429)Eqn. (2432)(对于 Morris 和 Boulay 模型)和Eqn. (2428)(对于 Krieger-Dougherty 模型)中使用的。 C ϕm

标定前因子为 1 时,会再现硬颗粒的物理,但对于可变形的软颗粒,该值大于 1。

乳浊液流变子节点

各向异性张量

Morris 和 Boulay 模型衍生自管道和 Couette 设备(其中流体与取决于几何的特定方向对齐)的实验。法向应力显示为各向异性,并且在不同强度下会导致各向异性的法向应力差异。

方法对应方法节点
各向同性法向应力张量将各向异性张量设为与单位张量相等 Eqn. (2431),而且为所有方向给定相等的加权。

此方法为默认方法并且应该用于 3D 流体。

X 方向校准各向异性法向应力张量用于 x 方向的剪切流。Eqn. (2430)中可给定该张量。
标定前因子
此因子可修改指定的最大填充分数值,以考虑由于剪切速率、温度或液滴变形而产生的变化。 C 例如,在某些乳浊液中,液滴变形意味着最大填充值可能接近 1。可以使用常数或场函数指定此因子。

请参见最大填充

材料和方法

法向相对粘度

描述混合物的法向相对粘度,类似于颗粒压力。如果将相对粘度属性设为使用 Krieger-Dougherty 模型[491],此值默认为零。

方法对应方法节点
Morris 和 Boulay 模型

使用 Morris 和 Boulay 模型定义法向相对粘度(请参见 Eqn. (2432))。

Morris 和 Boulay 模型
Morris 和 Boulay 模型具有以下属性:
  • 最大粘度

    指定模拟中允许的最大相对粘度值。

    Eqn. (2432)中,在离散相达到最大填充限制时,法向相对粘度趋于无穷大。 η n

  • 接触效应

    Eqn. (2432) 中的接触效应 。 K n

剪切稀化模型

法向相对粘度取决于流体的剪切应变率(请参见见 Eqn. (2435))。

剪切稀化模型
剪切稀化模型具有以下属性:
  • 最大粘度

    为零应变率 Morris 和 Boulay 法向粘度设置最大粘度截止。此值为Eqn. (2433)中的。 ηn0(ϕ)

  • 最大粘度无限

    为无限应变率 Morris 和 Boulay 法向粘度设置最大粘度截止。此值为Eqn. (2434)中的。 ηn(ϕ)

  • 零剪切速率时的最大填充

    设置零剪切法向粘度曲线的渐近线。此值为Eqn. (2433)中的。 ϕm0

  • 无限剪切速率时的最大填充

    设置无限剪切法向粘度曲线的渐近线。此值为Eqn. (2434)中的。 ϕm

  • 法向零应变接触参数

    为零剪切法向粘度曲线设置颗粒相互作用的强度。此值为Eqn. (2433)中的。 Kn0

  • 法向无限应变接触参数

    为无线剪切法向粘度曲线设置颗粒相互作用的强度。此值为Eqn. (2434)中的。 Kn

  • 使用法向屈服应力

    激活以使用屈服应力材料属性。

剪切薄化模型 > 剪切薄化指数
Eqn. (2435)Eqn. (2439) 中设置指数 n

要指定此指数,可以使用常数、场函数或以下方法:

方法 对应属性
线性关系

n 描述为离散相体积分数的函数(请参见 Eqn. (2436))。

n1
Eqn. (2436) 中设置 n 1
n2
Eqn. (2436) 中设置 n 2
渗透压

渗透压用于阻止颗粒超过其最大填充体积分数。此设置可用于离散体积分数可能变得较大(如在颗粒沉降实验中)的情况。

将采用与法向相对粘度类似的方式将渗透压添加到颗粒动量源。可使用Eqn. (2442)计算渗透压。

方法对应方法节点
硬球体渗透压

使用硬球体渗透压公式指定 。 Π

硬球体渗透压
硬球体渗透压模型具有以下属性:
  • 最大填充

    最大临界填充分数(假定随机严密填充);Eqn. (2443)中的。 ϕ m 对于硬球体,此值为 0.645。

    此值为理论限值,并且在大多数实际情况中较低。对于非球形颗粒,该值再次降低。

  • 最大压力

    指定渗透压的最大值。 Π 当颗粒开始重叠时,渗透压采用此最大值,以表示无限硬球体势。

    当离散相体积分数高于指定的最大填充值时,将为给定此值,以防止增加的体积分数比最大填充高很多。 Π

当离散相体积分数低于指定的最大填充值时,将使用Eqn. (2442)计算渗透压。

相对粘度

此无量纲值用于描述多相混合物的粘度。在离散相达到最大填充限制时,相对粘度(请参见Eqn. (2422))趋于无穷大。

方法对应方法节点
Krieger-Dougherty 模型

描述刚性球体悬浮液中的非牛顿流体行为(请参见 Eqn. (2428))。此模型考虑相邻球形颗粒之间的相互作用。

请参见 Krieger-Dougherty 模型

Krieger-Dougherty 模型
Krieger-Dougherty 模型具有以下属性:
  • 最大粘度

    指定模拟中允许的最大相对粘度值。

    Eqn. (2428)中,在离散相达到最大填充限制时,相对粘度趋于无穷大。 η r

  • 特性粘度指数

    特性粘度;Eqn. (2428)中的。 [η] 对于球形颗粒,此值为 2.5。

Morris 和 Boulay 模型

描述在浓悬浮液的曲线流中观察到的迁移现象 ([521])。此模型使用剪切感应法向应力为迁移提供驱动力(请参见Eqn. (2429))。

Morris 和 Boulay 模型
Morris 和 Boulay 模型具有以下属性:
  • 最大粘度

    指定模拟中允许的最大相对粘度值。

    Eqn. (2429)中,在离散相达到最大填充限制时,相对粘度趋于无穷大。 η r

  • 接触效应

    Eqn. (2429) 中的接触效应 。 K s

剪切稀化模型

将零剪切和无限剪切 Morris 和 Boulay 相对粘度模型 ([521]) 与 Carreau 广义牛顿模型相混合(请参见 Eqn. (2435))。

剪切稀化模型
剪切稀化模型具有以下属性:
  • 最大相对粘度(0)

    为零应变率 Morris 和 Boulay 粘度设置最大粘度截止。此值为Eqn. (2433)中的。 ηr0(ϕ)

  • 最大相对粘度(无限)

    为无限应变率 Morris 和 Boulay 粘度设置最大粘度截止。此值为Eqn. (2434)中的。 ηr(ϕ)

  • 零剪切速率时的最大填充

    设置零剪切粘度曲线的渐近线。此值为Eqn. (2433)中的。 ϕm0

  • 无限剪切速率时的最大填充

    设置无限剪切粘度曲线的渐近线。此值为Eqn. (2434)中的。 ϕm

  • 零剪切接触参数

    为零剪切曲线设置颗粒相互作用的强度。此值为Eqn. (2433)中的。 Ks0

  • 无限剪切接触参数

    为无限剪切曲线设置颗粒相互作用的强度。此值为Eqn. (2434)中的。 Ks

  • 使用屈服应力

    激活以使用屈服应力材料属性。

松弛时间

设置出现剪切稀化时的应变率。此属性与 Carreau-Yasuda 非牛顿模型(请参见Eqn. (740))中的松弛时间等效。 λ

松弛时间通常是常数或体积分数的函数。它作为标量分布输入。

仅当相对粘度材料属性使用剪切稀化模型时才可用。
表面张力

表面张力系数表示两种液相可以混合的容易程度,并且定义为创建单位面积的自由表面所需的工作量。 σ 它的幅值取决于接触的流体的性质:对于不混溶流体,该值始终为正值。表面张力系数作为标量分布输入。

屈服相对粘度

屈服相对粘度类似于 Herschel-Bulkley 非牛顿模型(请参见 Eqn. (741))中的屈服粘度 。 μ 0 此物理量通常是描述类似固体的材料(低于临界剪切应变率)的较大值。

屈服相对粘度通常为常数。它作为标量分布输入。

仅当相对粘度材料属性使用剪切稀化模型时才可用。
屈服应力

屈服应力类似于 Herschel-Bulkley 非牛顿模型(请参见 Eqn. (741))中的屈服应力 。 τ 0

仅当相对粘度材料属性使用剪切稀化模型时才可用。
方法对应方法节点
乳液屈服应力

高于该应力时乳浊液的行为类似于流体行为。如果应用的应力小于乳浊液屈服应力,则乳浊液的行为类似于固体行为。

将在Eqn. (2440)中计算乳浊液屈服应力。 τ y

乳浊液屈服应力

乳浊液屈服应力模型具有以下属性:

  • 最大填充

    最大临界填充分数;Eqn. (2440)中的。 ϕ m

    由于液滴的可变形性,与颗粒悬浮液相比,乳浊液可以具有大得多的最大填充分数。

  • 最大屈服应力

    设置Eqn. (2439)中使用的乳浊液屈服应力的最大值。 τ y

  • 前因子

    恒定前因子;Eqn. (2440)中的。 τ y 0 [516]中所使用,默认值为 0.5。

场函数

可使用下列场函数:

Mixture Viscosity of [phase interaction]([相间相互作用] 的混合物粘度)
Normal Relative Viscosity of [phase interaction]([相间相互作用] 的法向相对粘度)
Osmotic Pressure of [phase interaction]([相间相互作用] 的渗透压)
Relative Viscosity of [phase interaction]([相间相互作用] 的相对粘度)
Relaxation Time of [phase interaction]([相间相互作用] 的松弛时间)
Slip Viscosity of [phase interaction]([相间相互作用] 的滑移速度)
Yield Relative Viscosity of [phase interaction]([相间相互作用] 的屈服相对粘度)
Yield Stress of [phase interaction]([相间相互作用] 的屈服应力)