非牛顿流体 质量扩散系数
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@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。) -
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
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@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
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@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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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/thttps://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