Comsol中的多物理场建模思维

1.1非牛顿流体非牛顿流体是受力状态会改变自身黏度的流体，不遵循牛顿黏性定律。黏度不固定，会随剪切力（比如搅拌、撞击）或剪切速率变化。常见类型分两类：一类受外力时变稠（如玉米淀粉糊），另一类受外力时变稀（如油漆、番茄酱）。没有固定的流动规律，不同类型的非牛顿流体表现差异极大。常见例子包括：变稠型：玉米淀粉+水的混合物、泥浆、湿沙子。变稀型：番茄酱（静置时黏稠，摇晃后变稀易流动）、牙膏、洗发水、打印墨水。其他类型：血液（流速快时黏度降低）、熔融的塑料。1.2应用计算非牛顿流体凭借“黏度随外力动态变化”的独特特性，在日常生活、工业生产、安全防护等多个领域实现广泛应用。日常中，牙膏、洗发水静置时保持黏稠不流淌，挤压或揉搓时变稀易涂抹，使用后又恢复适宜黏度贴合载体；番茄酱、沙拉酱通过摇晃施加外力后变稀便于倒出，静置后稳定成型，解决了流动与定型的矛盾。工业领域，钻井泥浆在泵压作用下变稀以循环携带岩屑，停泵后迅速变稠防止井壁坍塌；油漆、涂料涂刷时因剪切力变稀易延展，涂刷后静置变稠避免流挂，保障施工质量。安全防护方面，特种防护服、头盔内衬搭载变稠型非牛顿流体，日常保持柔软舒适，遭遇撞击等瞬间外力时迅速硬化抵御冲击，汽车缓冲材料则利用其黏度变化吸收碰撞能量，减轻伤害。此外，血液作为天然非牛顿流体，流速快时黏度降低保障循环顺畅，流速慢时黏度升高减少失血，生物医疗领域的凝胶类药物也借助其特性实现缓慢释放与精准附着，全方位展现了其适配不同场景需求的实用价值。图1.常见的非牛顿流体-血液2物理场建模采用半个圆柱来模拟牛顿流体和非牛顿流体，其中上方是牛顿流体，下方是非牛顿流体，计算模型和材料参数边界条件设置如图2和3所示。图2.物理模型图3.材料参数和边界条件流体流动千变万化，但又存在一定的规律，要受物理守恒定律的支配，基本守恒定律包含：质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。采用层流进行模型流体运动分布计算，网格剖分如图4所示。图4.有限元网格模型通过仿真计算得到牛顿流体和非牛顿流体的速度、流线和压力分布云图如下所示。图5.云图分布【END】编辑：热流Es文案：小苏审核：赵佳乐来源：Comsol有限元模拟