极低雷诺数弹性湍流的统计特性和结构特性研究

在一定条件下流体粘弹性可使内部有弯曲流线的流动在低雷诺数下（甚至小于1）即可发生弹性湍流现象。因其是最近几年刚被报导过的新的物理现象，对弹性湍流的认识非常有限。本项目将集中于研究粘弹性流体弹性湍流的统计特性和结构特性，从而探索弹性湍流的发生机制。研究的粘弹性流体为恒定剪切粘性的Boger流体和有剪切稀释特性的表面活性剂水溶液。首先测量圆筒内旋转流动、Couette-Taylor流动及弯曲流道中弹性湍流发生的临界条件；再用粒子成像测速仪测量两种流体的弹性湍流内三维速度场，通过统计分析及结构分析获得弹性湍流的统计特性和湍流结构特性。在动量方程中引入描述溶液微观结构的本构方程，即引入非线性的弹性应力项，在理论上分析弹性失稳继而弹性湍流的发生条件。基于实验及理论分析结果揭示低雷诺数弹性湍流的发生机制。该项目的研究为弹性湍流现象在工业及实验室应用上提供理论基础，并对弹性湍流流道设计具有指导意义。