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流体的动态粘度 (Dynamic viscosity)

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1. 引言

动态粘度μ(Dynamic Viscosity)是流体的一种属性,描述了流体中剪切速率和剪切应力之间的关系。直观地说,水和空气的粘度较低,而稠的物质(如油和蜜)的粘度较高。动态粘度又称绝对粘度,用于测量流体在受力时的内部流动阻力,它是在流体中保持单位距离的情况下,一个水平面相对于另一个平面以单位速度移动时所需的单位面积切向力。动态粘度的单位是帕秒(Pa s)。许多与岩土工程相关的软件显式地使用了动态粘度值,例如Adina, Anura3D, Cosmol,Diana, Flow3D, Irazu, Plaxis, SoFiSTik以及Itasca软件。

另一个流体属性是运动粘度(Kinematic Viscosity),它是动态粘度与流体密度的比值,代表动量的扩散性,用来测量在重力作用下的流动阻力,运动粘度的单位是 m²/s。

水的动态粘度随着温度而变化,在20°C时,水的动态粘度大约为0.0010016 (Pa s)。

2. COMSOL中的应用

在 COMSOL 中,可以在流体属性(Laminar Flow>Fluid Properties)节点中定义动态粘度。默认设置使用所选流体材料中定义的材料值。不过,可以将此设置更改为用户定义,这样就可以直接在流体流动界面的流体属性节点中输入动态粘度值或表达式。

此外,在 COMSOL 中,可以使用粘度斜率(viscosity ramping)技术改善 CFD 模型收敛性,该技术从较高的流体粘度开始求解一系列模型,然后降低粘度,直到其恢复到理想值。粘度较高问题的解作为下一个粘度较低问题的初始条件,这种方法在处理湍流(turbulent flow)问题时尤为有用。

随着动态粘度值渐增加,流速变慢,结构的变形逐渐增大

3. UDEC中的应用

不过,对于岩石工程来说,地下水的动态粘度值在特定项目中的值基本上是常量,在现场只需测一下水的温度,即可估算出动态粘度的值,根据这个值可以计算节理渗透系数,例如20°的地下水,动态粘度μ=1e-3Pa.s,根据平行板理论:

permeability-factor (jperm) = 1/12μ = 83.3/Pa.s

此外,在FLAC3D和3DEC中,使用下面的命令设置动态粘度

    block (zone) fluid property viscosity

    来源:计算岩土力学
    ACTComsol湍流岩土理论FLAC3D3DEC材料ADINA
    著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
    首次发布时间:2023-12-10
    最近编辑:2月前
    计算岩土力学
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