流变学 — CAE术语解说

分类：术语表 | 2026-01-15

流变学

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什么是流变学？它与CFD有什么关系？

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流变学是研究材料变形和流动特性的学科，与CFD密切相关。普通的水和空气是牛顿流体（切变速率不改变粘性），但高分子溶液、血液、泥浆、食品、化妆品等是非牛顿流体，其粘性随切变速率变化。需要对这些进行建模并集成到CFD中。

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非牛顿流体有哪些类型？

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当切变速率增加时粘性降低的「剪切变稀（假塑性）」、相反粘性增加的「剪切增稠（膨胀性）」、只有在超过屈服应力才能流动的「宾汉流体」等。番茄酱是剪切变稀的例子，挤压时变得更容易流动就是这个原因。血液在低切变速率区域显示剪切变稀。

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如何在CFD中引入非牛顿粘性？

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Power-Law模型（μ = K·γ^(n-1)）和Carreau-Yasuda模型是代表性的，FLUENT和OpenFOAM中都有标准配置。血流分析中常使用Carreau模型。高分子熔融成形（注塑、挤出成形）中使用Cross-WLF粘度模型来考虑温度和切变速率的依赖性。

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粘弹性流体（具有弹性效应的流体）能用普通CFD分析吗？

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困难。高分子溶液和血液不仅具有粘性，还具有弹性效应（Weissenberg效应导致管口膨胀、Barus效应），是粘弹性流体，需要OldroydB和Giesekus模型等本构关系。可以用OpenFOAM的viscoelasticFluidFoam或Rheotool计算，但收敛困难，是研究前沿领域。