非牛顿流体力学的研究内容和研究方法

牛顿流体力学的研究容和研究方法

一.非牛顿流体力学的研究容

1.非牛顿流体流体力学的形成

1867年J.C.麦克斯韦提出线性粘弹性模型标志着非牛顿流体力学开始研究；

1950年J.G.奥尔德罗伊德提出建立非牛顿流体本构方程基本原理，把线性

粘弹性理论推广到非线性围；

此后，W.诺尔、J.L.埃里克森、R.S.里夫林、C.特鲁斯德尔等人对非线性粘弹性理论的发展也做出贡献；

1976年K.沃尔特斯等人创办国际性专业刊物《非牛顿流体力学杂志》；

20世纪70年代后期，非牛顿流体力学、聚合物加工、流变技术等非牛顿流体力学的专著相继出版。至此，标志着流体力学已发展成为一个独立的学科》体力学的研究容

2.研究容

非牛顿流体力学是流体力学的一个重要分支，主要非牛顿的流变规律；研究容主要包括非牛顿流体流变参数的测定方法、非牛顿流体的本构方程以及非牛顿流体在复杂流场中的流变规律等容。在石油工程领域，钻井液和完井液的循环过程，油井采出液在泵或井筒的流动过程，聚合物驱油的微观机理，压裂液和驱替液的注入过程，以及油田采出液的集输和处理等工艺流程都涉及非牛顿流体流动问题，这就要求从事石油工程技术的科学工作者必须将具备非牛顿流体力学方面的只是，以便在石油工程

的建设和管理中更好地发挥作用。

二、非流体力学的研究方法

1.实验方法

实验方法的步骤：

（1）运用相似理论，针对具体的研究对象确定相似准数和相似准则；（2）依据模型律来设计和制造模型，确定测量参数，选择相应仪器仪表，建立实验装置；

（3）制定实验方案并进行实验，观察流动现象，测量流动参数；

（4）运用量纲分析等方法整理和分析实验数据，与其他方法或著作所得的结果进行比较，从中总结出流动规律。

实验研究的优点：能够直接解决工程实际中较为复杂的流动问题，能够根据观察到的流动现象，发现新问题和新的原理，所得的结果可以作为检验其他方法的正确性和准确性。

所得的结果缺点：对于不同的的流体需要进行不同的实验，实验结果的普遍性稍差。

2.解析法

解析方法主要包括：

（1）详细分析问题的物理学本质，通过适当的简化建立物理模型；（2）运用物理定律建立数学模型，通常是建立起微分方程或微分方程组，确定流动方程边界条件和初始条

件；

（3）运用数学方法解出流动方程的解析解；

（4）列举计算实例，然后再与其他方法所得的结果进行比较，以检验物理模型和数学模型的合理性。

解析方法的优点是：所得的流动方程的解是精确解，可以明确地给出各个流动参数之间的函数关系。

解析方法的缺点是：数学上的困难比较大，只能对少数比较简单的流动给出解析解，所能得到的解析解的数目是非常有限的。

3.数值法

数值法的步骤

（1）数值方法要将流场按照一定的规则离散成若干个计算点，即网格节点；

（2）将流动方程转换为关于各个节点上流动参数的代数方程；

（3）运用计算机技术求解出各个节点上的流动参数。

数值法的优点：可以求解解析方法无能无力的复杂流动。

数值法的缺点：对于复杂而又缺乏完整数学模型的流动仍然无能无力，其结果仍然需要与实验研究结果进行对比和验证。