触变性流体

在触变性流中，当流应用于之前已处于静止状态的样本时，粘度随着时间不断减小。当流停止时，粘度会恢复。

在许多工业生产过程中都会发现触变性效应，例如处理金属、矿物质、纸和纸浆、聚合物、食品、药品和陶瓷时，或者使用诸如涂料和油漆、凝胶、油墨、钻孔泥浆或混凝土等产品时。触变性流体的基本微观结构在剪切流下会可逆分解，而在流停止时重新生成。

Simcenter STAR-CCM+ 使用两个基于结构的标量模型来计算材料流的触变性响应。这些模型使用参数 λ 来表示结构自由度。运动学方程描述 λ 随时间演变的情况和剪切条件。这些运动学方程决定流剪切中悬浮液微观结构的形成或分解。在极高剪切率的限制下，触变性悬浮液中的微观结构变为零（即 λ=0），表示微观结构完全分解状态。当流停止时，微观结构会通过布朗运动等过程重新生成。

一般运动学模型

此演化方程的一般形式可以为：

∂ λ∂t +v⋅∇λ=−k1γ˙  aλb+k2γ˙  c(1−λ)d
(689)

其中：

  • k1 且 k2 为结构分解和形成的运动学速率常数。
  • 指数 a、b、c 和 d 为模型参数。

不可逆结构分解模型

在此模型中，结构参数 λ 的控制方程可以写为：

∂   λ ∂ t   + v ⋅ ∇ λ = − k γ ˙     e ( λ − λ s s ) f
(690)

其中：

  • k 为运动学常数。
  • 指数 e 和 f 为模型参数。
  • λss 为结构参数的稳态值。

可以看到，当结构分解部分或完全不可逆时，可使用此方程。

表观粘度

触变性流体的粘度由结构参数 λ 通过触变性因子来修正，这样可顾及时间相关效应。触变性流体的表观粘度根据以下内容定义：

μa(γ˙,t)=κμ
(691)

其中 μ 是结构化流体（ λ = 1 时）的动力粘度。动态粘度 μ 可以是常数，也可以取决于剪切速率。可以应用 Eqn. (658) 到 Eqn. (660) 的任一剪切速率相关粘度函数。 κ 为触变性因子，是根据幂律关系定义的：

κ=λn

其中指数 n 为模型参数。

本构方程

应力张量计算如下：

T=2μaD

其中 D 为变形速率张量。