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非牛顿流体 质量扩散系数

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    进击的李奔腾
    写于 最后由 进击的李奔腾 编辑
    #1

    各位前辈好。两股同样的非牛顿流体经两个进口管道进入到一个容器中进行单相混合,用fluent模拟时需要开组分输运模型,该模型设置参数时在质量扩散系数那遇到问题。请问非牛顿流体的质量扩散系数是怎样计算的?还是用菲克定律吗?

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    写于 最后由 编辑
    #2

    https://zh-cn.lambdageeks.com/diffusion-coefficient-and-viscosity/

    滚来滚去……~(~o ̄▽ ̄)~o 滚来滚去都不能让大家看出来我不是老师么 O_o

    异步沟通方式(《posting style》from wiki)(下载后打开):
    https://www.jianguoyun.com/p/Dc52X2sQsLv2BRiqnKYD
    提问的智慧(github在gitee的镜像):
    https://gitee.com/bestucan/How-To-Ask-Questions-The-Smart-Way

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    进击的李奔腾
    在 中回复了 bestucan 最后由 编辑
    #3

    @bestucan 前辈,我说一下研究方向,对以下的问题有个背景交代。我研究的课题是两股相同质量分数(相同浓度)的非牛顿流体(聚丙烯酰胺溶液)从一个方形容器的两个进口处以相同速度分别流入,然后在混合室内进行混合。
    做实验时,所用的非牛顿流体需要自己配置,我用的实验流体是聚丙烯酰胺溶液(是一种非牛顿流体),配置过程是称取所用质量的聚丙烯酰胺粉末,然后加入到一定量的水中,搅拌一定时间后,就会形成透明状的具有一定粘度的聚丙烯酰胺溶液。然后把聚丙烯酰胺溶液分为两部分,分别从容器的两个进口处进入到混合室进行混合(实验时一股流体加示踪剂,另一股流体不加示踪剂)。
    现在我做模拟,想从模拟角度看两股相同浓度的非牛顿流体在混合室中的混合情况,进行设置时也是一股流体加示踪剂,一股流体不加示踪剂,需要用到组分输运模型(在这个模型中,一股流体的组分设为0,一股流体的组分设为1,即相当于一股流体加了示踪剂,另一股没加)。在设置组分输运模型时,需要改一下流体的质量扩数散系。
    我想请教前辈,我是用的非牛顿流体,那这个质量扩散系数是非牛顿流体本身的呢?还是聚丙烯酰胺粉末(溶质)在水(溶剂)中的质量扩散系数?
    (本人调剂到流体方向,现在对流体方面的知识还未学习完全,一些问题想不太清,还望前辈指教。)

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    #4

    @进击的李奔腾

    那这个质量扩散系数是非牛顿流体本身的呢?还是聚丙烯酰胺粉末(溶质)在水(溶剂)中的质量扩散系数?

    如果已经形成稳定的溶液,那么就没有聚丙烯酰胺 浓度差,那就没有聚丙烯酰胺的扩散。(溶质在溶液中扩散)

    萃取过程涉及不同溶剂的扩散和溶质本身的扩散。(这时候的溶质的扩散速度不但和浓度差相关,还和溶解度相关)


    所谓扩散就是浓度差造成的运动。把NS方程组看成运输方程的话,它们都有扩散项,这个扩散是要运输的东西的浓度差造成的扩散。
    运输的分别是:密度、速度、能量。

    运输速度方程里有使用速度梯度表示力的扩散项。这个扩散是“速度”的“浓度”差,造成的扩散。和溶质在溶液中的扩散不一样(单质流体中依然有扩散项)


    淀粉糊糊或者湿润的沙子都有非牛顿的特性(我没见过聚丙烯酰胺。。。)。展现非牛顿特性的就是靠溶质在溶剂中不是那么的跟着溶剂走(这个描述不严谨)。就是说,溶质在溶液中的扩散特性已经反映在“非牛顿”上了。

    当作非牛顿流体对待;或者当作牛顿流体对待,但是因为聚丙烯酰胺的特性,有些参数会变。
    结果应当是一样的。

    我猜是这样:chouchou:

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    进击的李奔腾
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    #5

    @bestucan 在 非牛顿流体 质量扩散系数 中说:

    当作非牛顿流体对待;或者当作牛顿流体对待,但是因为聚丙烯酰胺的特性,有些参数会变。
    结果应当是一样的

    前辈,你这句话的意思是,我模拟所用的流体虽然是非牛顿流体,但在设置组分输运模型时,要填写的质量扩散系数仍然可以用水的质量扩散系数是吗?

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    #6

    @进击的李奔腾 是的,但是,如果是用水的质量扩散系数,默认是“流体”状态。

    我观察到的非牛顿流体,比如湿淀粉和湿沙子。在速度梯度增大,表现出非牛顿特性的时候,

    更像是从“流体包裹溶质”的状态,切换到“多孔介质包裹流体”的状态。增大的粘性更像是来自毛细效应和大气压(就像脚踩在泥巴里,猛抽抽不出来)


    所以,如果不考虑牛顿流体造成的扩散系数变化,而是从更基础的层面考虑,那么实现起来应该会更复杂。(甚至能用这个方法研究材料表现出非牛顿特性的影响因素)

    不知道聚丙烯酰胺溶液什么样子,当表现出非牛顿流体的时候像不像淀粉或者沙子。其实这类“溶液类”的牛顿流体有个特征,就是水多了就不“非牛顿”了,而是沉淀什么的了,就像河底的泥


    当然,我没做过这个,分析仅供参考 :chigua2:

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    #7

    @bestucan 前辈,我配置的聚丙烯酰胺溶液就是呈现透明的流体状态,就像是大量的清鼻涕。。。透明,粘稠,粘度大约在80mpa左右,是您所说的流体状态,那这样我就可以用水的扩散系数了吧?

    另外,我在配置非牛顿流体时,是用了75kg水和0.5kg聚丙烯酰胺粉末制备而成的。两者如此悬殊的质量需求,是不是也可以说明我可以用水的质量扩散系数?(在这里,我的理解是,水很多而粉末很少,粉末质量相较于水来说忽略不计,所以可将配置的非牛顿流体仍看为清水,只不过是粘度增大了且有了非牛顿性,所以该流体的质量扩散系数仍是用清水的。不知道这样理解是否合理。)

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    #8

    @进击的李奔腾

    可以看看这两个。

    https://baike.baidu.com/item/胶体粘度/12612249
    这里非牛顿还分 塑性、假塑性、胀流型

    百度百科里聚丙烯酰胺粘度受影响的有几个因素,不像那种“剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体”,还会受温度影响什么的。


    可以找找与这个相关的资料,有效粘度什么的
    https://www.x-mol.com/paper/1330648859464081408/t

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7579068/


    所以可将配置的非牛顿流体仍看为清水,只不过是粘度增大了且有了非牛顿性,

    对的,虽然这两句有点前后矛盾

    所以该流体的质量扩散系数仍是用清水的。不知道这样理解是否合理。

    质量扩散系数受粘度影响:
    https://zh-cn.lambdageeks.com/diffusion-coefficient-and-viscosity/
    有效粘度又随时会变。应该不能直接用清水的扩散系数

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    #9

    @bestucan 前辈,谢谢您为我解惑,非常感谢!

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