Effective Rheology of Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media
我们通过数值模拟和平均场计算表明，在多孔介质中的不混溶两相流有效地表现为宾汉粘塑性流体。这导致了广义达西方程，其中体积流率二次依赖于在毛细管力与粘性力竞争的流率范围内的超压差。在较高的速率下，流动是牛顿的。
2012-06-05 physics.flu-dyn
Auto-electrophoresis in non-Newtonian media: interaction of rheology and electrocatalytic parameters
生物友好的合成自泳游泳者的可能应用的最新发现，促使研究人员在调查各种运动产生机制，以优化相同的操作特性。在本文中，我们模拟了非牛顿介质中的金铂球泳子的自电泳运动。鉴于许多生物流体严格遵循广义牛顿流变学的事实，周围游动介质的流变学被认为遵循Carreau-Yasuda粘度模型。进一步捕捉实验观察到的过氧化氢浓度和反馈产生的质子浓度对表面阳离子通量的影响，我们将一个米氏-Menten表面反应动力学。电催化效率被定义为一个相当于被动拖曳颗粒的游泳成本和通过表面反应输入的化学能之间的比率，被用来评估的流变参数对游泳者的性能的影响。结果表明，周围流体的剪切变稀和剪切增稠性质导致的游泳者速度的增加和减少，分别。然而，剪切稀化效应的增加并不总是保证微型游泳器的有效操作。粒子速度与粒子上的阻力减小之间的竞争决定了推进效率是否会随着幂律指数的变化而相对增大或衰减。我们进一步报告的存在性最大效率点的一些特定范围内的Weissenberg数和最佳的幂律指数。此外，这种最佳操作条件的行为强烈依赖于流变学和电催化参数之间的非平凡和高度耦合的相互作用。
2018-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Orientational dynamics and rheology of active suspensions in weakly viscoelastic flows
本文研究弱粘弹性剪切流中微型游泳者悬浮液的取向动力学与流变学，发现活性粘弹性应力改变 Jeffery 轨道，pusher 型游泳者可抵抗旋转，且活性与弹性响应显著放大游泳者诱导粘度，使超流态在更低体积分数下出现。
2023-09-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Influence of Fluid Rheology on Fluid Flow in a Natural Fracture Network
The University of Melbourne（墨尔本大学）；Northeastern University（东北大学）
研究非牛顿流体在自然裂缝网络中的流动行为，探讨流变性、裂缝几何和流体惯性之间的复杂相互作用，揭示非牛顿流体对裂缝连通性和流动模式的影响。
2025-11-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Hydrodynamic aggregation of membrane inclusions due to non-Newtonian surface rheology
本研究利用洛伦兹互易定理，揭示了非牛顿表面流变学导致的膜包裹体间长程水动力相互作用，提出蛋白质聚集机制，并通过平均场模型和数值模拟验证了六角晶体的形成。
2023-04-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the statistical properties of fluid flows with transitional power-law rheology in heterogeneous porous media
在这项工作中，我们研究非牛顿流体在非均质多孔介质中的流动。我们感兴趣的是呈现特定流变变化的流体：在一定剪切速率以下为牛顿流体，在一定剪切速率以上为幂律流体。由于多孔介质一般表现出强烈的空间非均匀性在大的地质尺度，我们研究这种不均匀性和流体的非线性流变学之间的相互作用。渗透率非均质与非线性流变之间的耦合对渗流有显著影响。我们特别关注速度场的统计特性（均值、方差、相关性等）。根据施加的平均压力梯度，三个宏观流态被确定。对于低或高的平均压力梯度，平均流率分别线性地或根据幂律增加。在后者的制度，我们观察到的速度场是更不均匀的剪切变稀流体比剪切增稠流体。这对应于剪切稀化流体的沟道效应。中间制度对应于一个渐进的和不均匀的局部流变变化。然后，根据压力梯度范围来表征该瞬态状态。并对流场进行了统计分析。流变阈值以上的区域的空间分布显示出有趣的统计特性。例如，它们表现出多尺度特征（分形），类似于其他临界系统（渗流，雪崩等）。更令人惊讶的是，即使一些统计特性是独立的参数，一个有趣的突然旋转的相关性被发现为一组特定的参数。这是通过使用问题的一些对称性来解释的。
2022-03-25 physics.flu-dyn
Non-Newtonian viscous fluid models with learned rheology accurately reproduce Lagrangian sea ice simulations
Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University（纽约大学柯朗数学科学研究所）
本研究通过结合机器学习和有限元方法，提出了一种基于学习的流变学模型，用于准确模拟海冰的非牛顿流体行为。
2026-01-27 physics.flu-dyn
Combined effect of Fluid Rheology and Surface Modification on Eletrokinetic Energy Generation through Finite Length Microchannel
电动能量转换为片上应用提供了能量收集和存储的方案。然而，动电能转换的主要缺点是其转换效率低。研究人员正在寻找提高这种效率的方法。基于同样的动机，我们研究了通过施加表面改性和采用非牛顿流体在恒定的两端压差下流过微通道来产生流动电位。剪切稠化液体倾向于减少电动效应，而剪切稀化液体则有利于电动效应。此外，具有超疏水表面提高了所产生的流动电位的大小。我们研究了流体流变学和表面改性对动电能产生的综合影响。作为我们联合研究的结果，我们已经了解了关于在疏水微通道中使用非牛顿流体的有趣见解。对于幂律指数低于0.7的流体，疏水表面不会提高效率。本研究的结果可用于选择流体-基质组合，以优化电动发电效率。
2022-08-31 physics.flu-dyn
Rheology of human blood plasma: Viscoelastic versus Newtonian behavior
我们研究了人血浆在剪切流和拉伸流中的流变特性。虽然我们可以确认在实验分辨率内的剪切流的牛顿行为，我们发现在毛细管破裂流变仪的纯拉伸流的血浆的粘弹性行为。在具有收缩-膨胀几何形状的微流体装置中测试血浆的粘弹性对毛细血管血流的影响。压差测量表明，等离子体具有显着的流动阻力相比，纯水。补充测量表明，等离子体的粘弹性甚至可能导致在某些条件下的粘弹性不稳定性。我们的研究结果表明，血浆的粘弹性不应被忽视，在未来的研究血液流动。
2013-02-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Strong effect of fluid rheology on electrokinetic instability and subsequent mixing phenomena in a microfluidic T-junction
本研究提出了一个详细的调查如何流体的流变行为可能会影响电动不稳定性（EKI）的现象，在微流体T型接头。非牛顿幂律模型与不同值的幂律指数（n）被用来获得不同的流变行为的流体。我们发现，当流体的流变行为从剪切增稠（n > 1）到剪切变稀（n < 1），再经过牛顿（n = 1）流变行为时，在相同的条件下，EKI现象受到显著的影响。特别是，这种EKI现象的强度被发现是显着高于剪切稀化流体比在牛顿和剪切增稠流体。因此，与在牛顿流体和剪切增稠流体中实现的混合现象相比，在剪切变稀流体中通常使用这种EKI现象实现的相应混合现象也显著增强。从流线、速度波动、浓度场、混合效率等方面详细分析了流动动力学和混合现象，在这项研究中提出和讨论。我们还采用数据驱动的动态模式分解（DMD）技术来分析流场更详细。特别是，与不同值的幂律指数获得的相干流结构的信息，有利于理解EKI诱导的混沌对流和混合现象，以更好的方式，例如，为什么混合效率较高的剪切稀化流体比在牛顿和剪切增稠流体。此外，我们观察到，这些相干结构的空间范围和强度显着不同的幂律指数的变化，从而提供了有价值的见解，否则不清楚从其他分析的基础流动动力学的某些方面。
2022-10-18 physics.flu-dyn
Characteristics of stratified flows of Newtonian/non-Newtonian shear-thinning fluids
本文给出了剪切变稀流体在水平和倾斜槽道中层流分层流动的精确解。本文提出了一种计算Carreau非牛顿流体层流解的迭代算法。精确解用于研究剪切稀化液体的流变性对气/液和液/液两相流特性的影响。研究并流和逆流倾斜系统，包括多解边界的映射。与实际应用有关的方面进行了讨论，如原位滞留，或通过添加一个较低的粘性相实现的润滑效果。这类系统的一个特征是，即使液体具有复杂的流变学（Carreau流体），两相分层流也可以表现为液体在宽范围的操作条件下是牛顿流体。的两种流体模型产生令人满意的预测剪切稀化液体的存在下的能力进行了测试，并提出了一种算法，以先验预测牛顿（零剪切速率粘度）的行为出现在一个给定的操作条件下，以避免大的错误时，幂律被认为是建模的剪切稀化行为的流动特性的预测。两个流体模型封闭隐含的精确解和湍流气体层的影响也得到了解决。
2017-04-26 physics.flu-dyn
The cost of swimming in generalized Newtonian fluids: Experiments with C. elegans
许多自然过程取决于微生物在具有非牛顿流变学的流体中游动的能力。在这里，我们使用的模式生物秀丽隐杆线虫和跟踪方法进行实验研究的动态波动游泳剪切稀化流体。理论和模拟已经提出，与相同零剪切粘度的牛顿流体相比，剪切稀化流体中的游泳或机械动力的成本应该更低。我们的目的是提供一个实验调查的成本在剪切变稀流体游泳（i）的游泳者的机械功率的估计和（ii）流场的粘性耗散率，这应该产生等效的结果为自推进的低雷诺数游泳者。我们发现在剪切稀化流体中游泳的成本小于或等于在相同零剪切粘度的牛顿流体中游泳的成本;此外，在剪切稀化流体中游泳的成本与流体的有效粘度成比例，并且可以使用流体流变学和简单的游泳运动学来预测。我们的结果与之前的理论预测相当一致，并为理解在广义牛顿流体中游泳的成本提供了一个框架。
2016-10-18 physics.flu-dyn
Learning constitutive models and rheology from partial flow measurements
John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；School of Engineering, Brown University（布朗大学工程学院）；Research and Development Center, Saudi Aramco（沙特阿美研发中心）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）
本文提出一种端到端框架，通过全物理模拟和自动微分，从部分流动测量中学习复杂流体的本构模型和流变学，实现无形式的应力-应变映射和可解释的物理参数提取。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Rheology of active fluids
本章旨在关联活性流体流变学的理论与实验研究，重点探讨了Newtonian基质中罕见的宏观流变行为、non-Newtonian基质中“scallop theorem”的失效，以及浓缩系统中的类湍流行为。
2023-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Capillary levelling of thin liquid films of power-law rheology
本研究针对受表面张力作用的非牛顿幂律流体薄液膜流平问题，分别推导了周期性和局域化初始条件下的相似特解，发现其在压力梯度为零处存在弱奇异性，并通过数值模拟验证了解的正确性。
2024-04-10 physics.flu-dyn
Dynamic subgrid-scale LES model for turbulent non-Newtonian flows: A priori and a posteriori analyses of Burgers turbulence
针对湍流非牛顿流动的大涡模拟（LES），提出无需校准的动态非牛顿亚格子（NNSGS）封闭模型，通过扩展牛顿受迫Burgers湍流至幂律粘度流变学的典型案例验证，证明其对高剪切变稀流变学湍流LES的有效性。
2025-11-12 physics.flu-dyn
Non-Newtonian thin films with normal stresses: dynamics and spreading
本文研究了非牛顿流体在具有法向应力差的情况下，在水平固体基底上的薄膜的动力学行为。在润滑近似下，提出了两个耦合的膜厚和剪切速率的演化方程。这一框架适用于前进接触线的运动。发现表观动态接触角在数学上依赖于仅由流体的流变性质和接触线的速度确定的长度尺度。
2006-05-07 physics.flu-dyn
Rheology of an inverted cholesteric droplet under shear flow
采用格子Boltzmann方法研究了对称剪切流场中胆甾相液晶介质中准二维各向同性液滴的动力学行为。我们考虑一个几何形状，其中流动方向是沿轴的的轴，因为这种设置表现出显着的粘弹性对外部应力的响应。我们发现，动力学依赖于剪切速率的大小，液晶在液滴界面的锚定强度和手性。在低剪切速率和弱界面锚定条件下，体系表现出非牛顿行为，而在高剪切速率和强界面锚定条件下，体系表现出类牛顿行为。这是通过估计二次流动剖面，即沿面外方向出现的流动（不存在于完全牛顿流体，如水），并通过监测缺陷的形成和动态改变显着的系统的流变响应来研究的。
2018-07-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Flow of Newtonian and power law fluids in elastic tubes
我们推导出牛顿和幂律流体在弹性圆对称管中流动的解析表达式，该表达式基于润滑近似，其中假设每个截面处的流速分布对于给定的流变学和横截面尺寸具有其轴向依赖的特征形状。在这些推导中使用了两个压力-面积弹性本构关系的管弹性响应。我们证明了导出的方程的有效性，通过观察定性正确的趋势一般和定量有效的渐近收敛到极限情况。牛顿公式相比，以前从一维版本的纳维-斯托克斯方程类似的公式。
2014-05-16 physics.flu-dyn
Rational Extended Thermodynamics for Non-Newtonian Fluids with Finite Relaxation Time
本文在理性扩展热力学框架下提出一维双曲型非牛顿流体模型，保持有限信号速度与热力学一致性，通过应力非线性演化捕捉粘弹性，收敛于幂律流变学，并模拟Phan-Thien-Tanner模型，提供基于第一性原理的预测性替代方案。
2025-08-07 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A note on Stokes' problem in dense granular media using the $μ(I)$--rheology
经典的斯托克斯问题描述的流体运动，由于一个稳定移动的无限壁的背景下，重新使用最近提出的$μ(I)$ -流变学的单分散珠的致密颗粒流。在牛顿流体中，分子扩散导致自相似速度分布，并且其中发生流体运动的边界层随着时间无限地增加$t$为$\sqrt{νt}$，其中$ν$是运动粘度。对于致密颗粒粘塑性液体，研究表明，当适当重新缩放时，局部剪应力在短时间尺度上表现出自相似行为，然后迅速向稳态解演变。所得剪切层的厚度随着类似于牛顿流体的$\sqrt{ν_g t}$而增加，其中$ν_g$是等效颗粒运动粘度，其不仅取决于颗粒介质的固有性质，例如粒径$d$、密度$ρ$和摩擦系数，而且还取决于在移动壁处施加的压力$p_w$和固体分数$ϕ$（常数）。此外，$μ(I)$ -流变学表明，这种生长持续到在与$β_w^2 (p_w/ρg d)^{3/2} \sqrt{d/g}$成比例的大约有限时间达到稳态边界层厚度$δ_s = β_w (p_w/ϕρg )$，与晶粒尺寸无关，式中，$g$是重力加速度，$β_w = (τ_w - τ_s)/τ_s$是稳态壁面剪应力$τ_w$超过临界壁面剪应力$τ_s$的相对盈余（屈服应力），这是需要使粒状介质进入运动. (see完整的摘要）。
2018-05-14 physics.flu-dyn
Static stability of collapsible tube conveying non-Newtonian fluid
研究了输运非牛顿流体的Starling电阻器的全局静稳定性。斯特林电阻器由两个刚性圆管和安装在它们之间的轴对称可折叠管组成。上游和下游压力是边界条件以及可收缩管外部压力。提出了准一维模型，得到了一个以无量纲参数表示的边值问题。边值问题的非唯一性被认为是静态不稳定。数值研究了参数空间中定义曲面的不稳定性解析条件。建立了流体流变性对可伸缩管稳定性的影响规律。
2014-12-19 physics.flu-dyn
The Effect of Shear-Thinning Rheology on the Dynamics and Pressure Distribution of a Single Rigid Ellipsoidal Particle in Viscous Fluid Flow
本文通过有限元模拟研究了剪切稀化幂律流体中刚性椭球颗粒的动力学与表面压力分布，揭示了流变特性、长径比、初始取向及剪切-拉伸速率因子的影响，并扩展了 Jefferys 模型，为纤维增强复合材料增材制造中的微观结构形成提供了理论依据。
2025-01-05 nlin.AO physics.flu-dyn
Holographic shear rheology of viscoelastic fluids
在这项研究中，我们报告使用数字全息显微镜（DHM）的三维解析流动运动学和剪切流变的粘弹性聚合物流体。我们计算重建记录的全息图可视化示踪剂注入微通道中的流量，然后通过粒子跟踪测速（PTV）的实施，以定量的空间分辨的速度场在3D中。为了选择DHM-PTV表征复杂流体的最佳参数，我们研究了全息记录距离、接种密度和颗粒尺寸的影响。使用最佳的参数，我们表现出定量表征的剪切流变速度场没有任何先验假设的壁边界条件或本构方程。牛顿和聚环氧乙烷溶液的粘度与剪切速率的数据可以在约0.05 - 20，000 s-1的范围内测量，仅需四个输入流速。从全息剪切流变仪的数据被认为是在良好的协议与计算流体动力学模拟和macrorheometry。全息剪切流变技术保持不受壁滑移事件，而是提供了一个途径来定量滑移的严重性。最后，我们讨论了全息可视化的微流体流动中的颗粒迁移，可以限制流场的访问，而在同一时间提供了一个指纹的悬浮流体流变学。
2019-10-01 physics.flu-dyn
Cavitation Rheology of Model Yield Stress Fluids Based on Carbopol
本文利用针诱导空化（NIC）技术克服了传统测量局限，成功测量了基于Carbopol凝胶的模型屈服应力流体的表面张力（约70）与力学性质，并揭示了空化临界点前后流体流动结构受流变学影响的规律。
2023-04-06 physics.flu-dyn
Squirming through shear-thinning fluids
许多微生物发现它们自己浸没在显示非牛顿流变学性质（例如粘弹性和剪切稀化粘度）的流体中。粘弹性对低雷诺数下游泳的影响已经受到了相当大的关注，但对剪切稀化流体中的游泳知之甚少。对剪切稀化流变学如何影响游泳这一基本问题的一般理解仍然是难以捉摸的。为了进一步探讨这个问题，我们研究了一个球形蠕动在剪切变稀流体使用相结合的渐近分析和数值模拟。剪切变稀流变学被发现影响蠕动的游泳者在非平凡和令人惊讶的方式，我们预测和显示的情况下，更快和更慢的游泳取决于表面驱动的蠕动。我们还说明，虽然阻力和推力分解可以提供深入了解游泳牛顿流体，这种直觉的问题，在复杂的介质可以证明是有问题的。
2015-11-07 physics.flu-dyn
Rheology of inelastic hard spheres at finite density and shear rate
考虑非弹性光滑硬球的颗粒流体，我们讨论的条件描绘的流变学制度，包括牛顿，Bagnoldian，剪切稀化，剪切增稠行为。我们开发了在玻璃化转变密度附近的有限剪切速率和密度下有效的动力学理论，预测了控制参数实际相关值下的粘度和拜格诺系数。确定的剪切应力$σ$的剪切速率$\dotγ$，和屈服应力的预测全流曲线完成我们的讨论来自第一原理的颗粒流变学。
2018-07-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Turbulent Pipe Flow of Thixotropic Fluids
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Monash University（蒙纳士大学）；Spanish National Research Council (IDAEA-CSIC)（西班牙国家研究委员会（IDAEA-CSIC））
研究湍流管道中流变微结构流体的流变学与湍流结构的相互作用，通过直接数值模拟揭示流体在不同流变动力学数下的行为特征。
2025-01-03 physics.flu-dyn
Hybrid Lattice Boltzmann/Finite Difference simulations of viscoelastic multicomponent flows in confined geometries
我们提出了粘弹性流体的数值模拟的基础上的混合算法相结合的格子玻尔兹曼模型（LBM）和有限差分（FD）计划，前者用于模拟宏观流体动力学方程，后者用于模拟聚合物动力学。采用粘弹性流体的本构方程，引入了具有Peterlin封闭的可伸缩非线性弹性哑铃（FENE-P）的聚合物动力学。数值模型首先通过表征各种配置中的稀均质溶液的流变行为来基准化，包括稳态剪切、拉伸流、瞬态剪切和振荡流。作为复杂性的升级，我们研究了存在非理想多组分界面的模型，其中不相容性被引入到使用“Shan-Chen”模型的LBM描述中。本文研究了在简单剪切作用下，牛顿（粘弹性）基质中的受限粘弹性（牛顿）液滴的问题，并将数值结果与各种理论模型的预测进行了比较。拟议的数值模拟探讨的问题，LBM的能力从来没有量化之前。
2016-07-25 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Impact of blood rheology on wall shear stress in a model of the middle cerebral artery
由血液施加在内皮层上的机械力的稳态分布的扰动与血管病理学相关，包括颅内动脉瘤和动脉粥样硬化。最近的计算工作表明，为了正确地计算这种力，必须考虑血液的剪切稀化特性。据我们所知，这些发现从未与实验观察到的病理阈值进行过比较。在目前的工作中，我们应用Gizzi等人的三带图（TBD）分析来评估血液流变学模型的选择对右侧大脑中动脉计算模型的影响。我们的研究结果表明，在所研究的模型中，由牛顿模型和众所周知的Carreau-Yasuda广义牛顿模型预测的壁面剪应力之间的差异是唯一显着的，如果所研究的血管病理学与病理阈值在0.94 Pa至1.56 Pa的范围内，其中所考虑的流变学模型的TBD分析的结果不同。除此之外，我们没有观察到显著差异。
2014-07-15 cs.CE physics.flu-dyn physics.med-ph
Active learning of constitutive relation from mesoscopic dynamics for macroscopic modeling of non-Newtonian flows
我们模拟复杂的流体通过在飞行耦合的体流变学的底层微观结构动力学。特别是，一个宏观连续模型的聚合物流体的构建没有预先指定的本构关系，而是积极学习从介观模拟，其中明确计算的聚合物链的动力学。为了耦合聚合物流体的宏观流变学和聚合物链的微观动力学，连续介质方法（基于有限体积法）提供瞬态流场作为（介观）耗散粒子动力学（DPD）的输入，并且反过来DPD返回有效的本构关系以闭合连续介质方程。在这个多尺度建模过程中，我们采用主动学习策略的基础上高斯过程回归（GPR），以尽量减少昂贵的DPD模拟，自适应选择的DPD模拟只在必要时进行。数值实验进行了通过圆柱的非牛顿流体，模拟在细观水平的珠弹簧链。结果表明，在雷诺数Re=10时，仅需5次DPD模拟即可实现连续体方程的有效闭合。此外，当Re增加到100时，仅需要一个额外的DPD模拟来构建扩展的GPR通知模型闭包。与传统的消息传递多尺度方法相比，将主动学习方案应用于非牛顿流体的多尺度建模可以显着提高计算效率。虽然这里演示的方法只得到一个局部的粘度从介观模型，它可以扩展到其他多尺度模型的复杂流体的宏观流变学是未知的。
2017-09-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Theory of locomotion through complex fluids
微生物如细菌通常在不能归类为牛顿流体的流体环境中游动。许多生物流体含有聚合物或其他异质性，这可能产生复杂的流变学。对于一组给定的边界条件，在复杂的流体中，流动可能会有很大的不同，而非牛顿应力可以改变微生物本身的步态。流体中的异质性也可以通过生物体本身的量级上的长度尺度来表征，从而导致额外的动态复杂性。在这一章中，我们提出了一个复杂的流体中的小规模运动的理论概述，重点是最近的努力量化非牛顿流变学对游泳微生物的影响。
2015-06-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
On the influence of fluid rheology on hydraulic fracture
本文分析了非牛顿剪切稀化流体驱动水力压裂的问题。流体粘度由四参数截断幂律模型描述。通过改变流变模型的参数，我们调查的空间和时间演化的裂缝内的流体流动和由此产生的裂缝的几何形状。对潜在的物理现象进行了详细的定量和定性分析。结果表明，流体的流变性不仅通过粘度值，而且通过流体剪切速率的范围内的粘度发生变化的水力压裂过程中显着的影响。
2020-11-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Using the stress function in the flow of generalized Newtonian fluids through conduits with non-circular or multiply connected cross sections
我们调查的可能性，在广义牛顿流系统中的应力的空间依赖性是一个功能的施加的压力场和管道的几何形状，但不是流体流变学。对于通过简单连通区域的一维流动，特别是具有均匀圆形截面和平面薄缝的管道，这种可能性是很好地确定的。如果它也能建立在通过非圆形或多连接几何形状的广义牛顿流的更一般情况下，例如通过矩形或椭圆形截面管道的二维流或通过环形圆管的流，那么关于应力、应变率、速度分布和体积流率的解析或半解析或高度精确的数值解;对于这些几何形状，可以从应力函数中获得，该应力函数可以容易地从牛顿情况中获得，结合特定非牛顿流体的本构流变关系，如先前对于通过简单连通区域的一维流动的情况所做的那样。
2015-09-05 physics.flu-dyn
Rheology-controlled hydraulic selection in fracture-matrix heat transport: Mechanisms and thermal signatures
University of Bologna（博洛尼亚大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Univ Rennes, CNRS, Géosciences Rennes, UMR 6118（雷恩大学、法国国家科学研究中心、雷恩地球科学实验室）
本研究以热锋等为诊断指标，采用随机半解析通道模型，揭示非牛顿流体流变对裂缝-基质热输运中水力选择的影响，区分了流变控制与基质控制热输运的参考极限。
2026-10-01 physics.flu-dyn physics.geo-ph
An active particle in a complex fluid
在这项工作中，我们研究了非牛顿流体中具有预定表面速度的活性颗粒。我们采用功的互等定理，以获得一个活跃的球形粒子的速度与任意轴对称的滑移速度，否则静态的二阶流体。然后，我们确定一个diffusiophoretic Janus粒子的运动是如何影响复杂的流体流变学，即粘弹性和剪切变稀粘度，相比牛顿流体，假设一个固定的滑动速度。我们发现，Janus粒子可能会更快或更慢的粘弹性流体，但总是在剪切稀化流体相比，牛顿流体更慢。
2017-05-19 physics.flu-dyn
A comprehensive Darcy-type law for viscoplastic fluids: II. Rheology & topology
James Weir Fluid Laboratory, Department of Mechanical & Aerospace Engineering, University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学机械与航空航天工程系詹姆斯·威尔流体实验室）
扩展框架推导粘塑性流体渗流达西型定律，考虑更现实流变模型与多孔介质拓扑，改进原工作，给出统一理论基础以预测复杂多孔介质中屈服应力流体输运。
2026-09-18 physics.flu-dyn
Microstructure and rheology of finite inertia neutrally buoyant suspensions
采用基于离散Boltzmann流体模型和颗粒牛顿动力学的格子玻尔兹曼方法（LBM），研究了有限惯性条件下中性浮力硬球颗粒在牛顿流体中悬浮液的微观结构和流变特性。悬浮液进行简单剪切流和性能的雷诺数和体积分数，$ϕ$的函数进行了研究。惯性由颗粒尺度剪切流雷诺数$Re = \frac{ρ\dotγa^{2}}μ$表征，其中$a$是颗粒半径，$\dotγ$是剪切速率，$ρ$和$μ$分别是流体的密度和粘度。研究了惯性和体积分数对$0.005\leqslant Re \leqslant 5$和$0.1\leqslant ϕ\leqslant 0.35$的影响。利用对分布函数$g(\boldsymbol{r})$研究了流动诱导的微观结构。不同的应力机制，包括那些由于表面牵引力（应力波），加速度，和雷诺应力由于速度波动计算和它们的影响上的第一和第二法向应力差，颗粒压力和悬浮液的粘度进行了详细说明。给出了质点力和力矩的概率密度函数。
2014-03-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Assessing Effectiveness of Pulsed Input on Mixing Characteristics of Non-Newtonian fluids in T-shaped Channels
微流体中试剂的混合对于各种应用是必要的，然而，由于流动的层流性质，在小的长度和时间跨度内的有效混合变得困难。非牛顿流体的混合分析是至关重要的，因为它们在实际应用中经常遇到。为此，我们研究了一种有效的方法，用于混合非牛顿流体的脉动速度入口条件。在本研究中，非牛顿流体的模拟使用幂律模型与不同的流体流变学从剪切增稠剪切变稀。为了增强混合，采用了改变相位角和频率的脉冲速度入口条件，并与恒速入口条件进行了比较。我们证明了使用脉冲速度入口条件的增强混合，并且对于剪切稀化流体（n=0.6）的情况，使用相位差为180°的脉冲输入速度和考虑频率为5Hz实现了97.6%的最大混合。在相同条件下，牛顿流体和剪切增稠流体的混合指数分别为89.1%和85.2%（n=1.4）。本文的研究结果将有助于设计在较小的长度和时间跨度内有效混合非牛顿流体的微混合器。
2022-08-31 physics.flu-dyn
Stability of stratified two-phase channel flows of Newtonian/non-Newtonian shear-thinning fluids
研究了剪切变稀流体水平和倾斜分层槽道流在全波长扰动下的线性稳定性。Carreau模型已被选择用于剪切稀化流体的流变学建模，因为其能够适当地描述在低剪切速率和高剪切速率下的恒定粘度极限（牛顿行为）。结果以稳定边界的形式在流型图（以相的表观速度为坐标）上给出了几个实际上重要的气-液和液-液系统。的稳定性地图是伴随着空间配置文件的临界扰动，以及在非牛顿层的有效和切线粘度的分布，以显示剪切稀化液体的复杂流变行为的影响，负责触发不稳定的机制。由于所考虑的问题的复杂性，提出了一种工作方法，以减轻搜索的稳定性边界。所提出的方法的实施有助于揭示，在许多情况下，对更简单的牛顿问题的研究足以预测光滑分层流的精确（非牛顿）稳定性边界（即，在水平气液流情况下）。因此，从牛顿流体的稳定性分析中获得的知识适用于那些（通常是高粘度的）非牛顿系统。由于高粘性牛顿液体分层流的稳定性在文献中还没有研究，有趣的发现，粘度的影响也得到了。
2017-06-28 physics.flu-dyn
Semi-analytical solutions of passive scalar transport in generalized Newtonian fluid flow
本研究基于Taylor的开创性工作，推导了广义牛顿流体在圆柱管和平行板狭缝简化系统中被动标量输运的半解析通解，应用于Cross和Carreau模型流体并验证了与微观模拟的一致性，该解无需特定流变假设可扩展至其他非牛顿流体。
2025-05-19 physics.flu-dyn
Jeffery orbits in shear-thinning fluids
本文研究了剪切变稀Carreau流体剪切流中长椭球体的动力学。对渐近弱剪切稀化的扁长粒子运动进行了解析推导，然后进行了数值积分。我们发现，剪切稀化流变学并没有解除简并的Jeffery轨道观察到的牛顿流体，但瞬时速率的旋转和轨道的轨迹被修改。在质量上，剪切稀化具有与在牛顿流体中伸长颗粒类似的效果。由于剪切应力的减少，当颗粒与流动对齐时，旋转周期随着颗粒减速而增加。与牛顿流体中的杰弗里轨道不同，在剪切稀化流体中，轨道的周期取决于特定的轨迹（或粒子的初始方向）。
2019-10-07 physics.flu-dyn
Rheological behaviour and flow dynamics of Vitreous Humour substitutes used in eye surgery during saccadic eye movements
这项工作讨论了几个玻璃体液（VH）替代品在眼科手术（全氟化碳和硅油）和他们的流动行为时，受到扫视眼球运动的流变学。剪切流变实验表明，所有测试的流体表现出恒定的剪切粘度，而拉伸流变实验表明，Siluron 2000是唯一的流体测试，表现出可测量的弹性。为了验证扫视眼球运动过程中的动态，使用开源软件OpenFOAM对研究中的所有VH替代品进行数值模拟，并与Vitamin Humour流动动力学进行比较，以评估其潜在的机械性能。微小的差异被发现之间的粘弹性流体再现Siluron 2000和牛顿模型的流变学的数值结果。全氟碳化合物（PFLC）显示出与硅油（SiO）不同的流动行为。所测试的药理学流体都不能充分模拟VH凝胶相的流变学行为，并因此模拟其流动行为（Silva等人，2020年）。
2023-03-24 physics.flu-dyn
Laminar flow characterization using low-field magnetic resonance techniques
层流速度分布在很大程度上取决于流体流变学。基于低场磁共振（MR）的层流表征方法的发展，有助于MR技术在流变学中的广泛工业应用。在本文中，我们设计了一个低成本，手掌大小的永磁体与1H共振频率为20.48 MHz的测量层流。磁体由两个圆盘磁体组成，每个圆盘磁体从1.4 cm的起始间隔以1°的角度倾斜，以在流动方向上产生恒定的梯度，65高斯/cm。随后，提出了一系列表征管道中牛顿和非牛顿流体流动的磁流变测量方法，包括基于相位的方法、基于幅值的方法和速度谱方法。通过数值模拟、Poietille流和剪切变稀流实验验证了所提出方法的准确性。提出的新的速度剖面方法是有利的，因为MR仪器和测量方法是简单和便携的。虽然物理原理是直接的，但在分析中发现了复杂性。
2021-09-29 physics.flu-dyn
Self-diffusiophoretic propulsion of a spheroidal particle in a shear-thinning fluid
本文通过渐近分析与数值模拟发现，剪切稀化流变学可增强椭球形颗粒的自扩散泳推进，这与球形颗粒减速的结论相反，并揭示了互补涂层颗粒对的推进速度新特征。
2024-05-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effective Rheology of Two-phase Flow in Three-Dimensional Porous Media: Experiment and Simulation
本文对三维多孔介质中的不混溶两相流进行了实验和数值研究，得到了稳态时体积流量（$Q$）和总压差（$ΔP$）之间的关系。我们表明，在该制度中，毛细管力与粘性力竞争，毛细管屏障的分布在接口有效地创建一个屈服阈值，使流体想起宾汉粘塑性流体在多孔介质中，引入阈值压力$P_t$。在这种情况下，$Q$二次依赖于过量压降（$ΔP-P_t$）。当流量增加时，存在一个转变，超过这个转变，流动为牛顿流体，且与流量成线性关系。在我们的实验中，我们建立了一个模型多孔介质使用一列玻璃珠传输两种流体-去离子水和空气。对于数值研究，重建的三维孔隙网络从真正的岩心样品被认为是通过网络的润湿和非润湿流体的运输建模跟踪流体界面随时间的推移。我们发现我们的数值和实验结果之间的协议。我们的结果与之前报道的平均场结果相匹配。
2016-12-19 physics.flu-dyn
Viscoelastic Multicomponent Fluids in confined Flow-Focusing Devices
采用基于格子玻尔兹曼模型（LBM）的数值模拟方法，研究了弹性对微流体交叉点中液丝断裂的影响。在小毛细管数下工作，我们研究了非牛顿相在从交叉结处的液滴形成（DCJ）和交叉结下游的液滴形成（DC）的转变中的影响（Liu & Zhang，${\it Phys. Fluids.}$ ${\bf 23}$，082101（2011））。粘弹性被发现影响的断裂点的线程，移动更接近交叉路口和稳定。这归因于在器件的侧通道与主通道相遇的拐角流中形成的聚合物反馈应力的增加。
2016-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Correlation between the rheology of 2D-inks precursors and the droplet size generated from a capillary nozzle in dripping regime
针对印刷电子中二维油墨分配的液滴尺寸控制问题，本文表征MoS2、石墨烯和hBN分散液的剪切与拉伸流变特性，并建立其与滴流状态下毛细管喷嘴液滴尺寸的相关性。
2023-06-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effects of Thermal Boundary Conditions on Natural Convection and Entropy Generation in Non-Newtonian Power-Law Fluids
Institute for Applied and Computational Mathematics, RWTH Aachen University（亚琛工业大学应用与计算数学研究所）
研究探讨了热边界条件对非牛顿幂律流体在方形腔和同心圆环中自然对流及熵生成的影响，通过数值方法验证了牛顿和非牛顿对流的基准解，分析了流体 rheology 和加热模式对对流和熵生成的影响。
2026-05-13 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
Rheology of three-phase suspensions determined via dam-break experiments
三相悬浮液，即悬浮分散的固体颗粒和气泡的液体，在自然和工业环境中都很常见。它们的流变性受到很差的限制，特别是对于高总悬浮部分（$\gtrsim 0.5$）。我们使用溃坝稠度计来表征（牛顿）玉米糖浆、塑料颗粒和CO $_2$气泡的悬浮液的流变学。这项研究的动机是希望了解岩浆和熔岩的流变学。我们的实验规模的火山系统：他们是在非布朗，非惯性制度进行;气泡毛细管数跨单位变化;和气泡和颗粒分数分别为$0\leqϕ_{gas}\leq0.82$和$0\leqϕ_{solid}\leq0.37$。我们测量流动前沿的速度和反演的Herschel-Bulkley流变模型作为$ϕ_{gas}$，$ϕ_{solid}$，和毛细管数的函数。我们发现一个更强的相对粘度增加$ϕ_{gas}$在低到中等的毛细管数制度比现有的理论预测，并发现剪切稀化和剪切增稠的效果，取决于毛细管数。我们将我们的模型应用于现有的熔岩流侵位社区代码PyFLOWGO，并预测与当前流变模型相比粘度增加和速度降低，这表明现有模型可能无法充分考虑气泡在硬化熔岩中的作用。
2021-08-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Micropropulsion and microrheology in complex fluids via symmetry breaking
许多生物流体具有聚合物微观结构并显示非牛顿流变学。我们利用这种非线性的流体行为，并结合几何破胶，设计了一种新型的小型螺旋桨，能够在复杂的流体中移动。它的推进特性进行了探讨数值在Oldrophil-B流体有限的德博拉数，而小德博拉数的限制进行了研究，分析使用二阶流体模型。然后，我们推导出表达式的推进速度的流变特性的复杂的流体，从而允许推断法向应力系数的流体从运动的螺旋桨。因此，我们的简单机制既可以用作非牛顿微推进器，也可以用作微流变仪。
2013-03-02 physics.flu-dyn
A parametric study of the pipeline hammer phenomenon in plastic Bingham slurry flows using the finite element method
本文用最低阶 FEM 与自适应摩擦模型参数化分析 Bingham 浆体管道水锤，揭示屈服应力增强阻力并加速压力峰值衰减。
2025-07-24 physics.flu-dyn
Single fiber transport by a fluid flow in a fracture with rough walls: influence of the fluid rheology
在透明模型中，使用柔性聚酯线（平均直径$280 μ\mathrm{m}$）和牛顿流体和剪切稀化流体，通过裂缝中的流体流动对纤维的可能运输进行了实验研究。在光滑的平行壁的情况下，有限长度的纤维$\ell = 20-150 \mathrm{mm}$以孔中最大流体速度量级的恒定速度移动。相反，对于最初位于模型入口侧并被内部流动拖曳的纤维，速度随着穿透深度而增加（这是由于入口部分的速度和阻力较低）。在这两种情况下，纤维与光滑壁的摩擦都很弱。对于粗糙的自仿射壁和横向于流动的局部平均孔径的连续梯度，水流对纤维的运输仅在较大孔径（$\bar{a} \gtrsim 1.1 \mathrm{mm}$）的区域中是可能的，并且在低速下是“走走停停”类型。还经常观察到光纤的时间依赖性失真。当水被剪切稀化聚合物溶液取代时，纤维在高孔径区域中更快地连续移动，并且它们与壁的摩擦减小。纤维运输也成为可能在较窄的区域发生不可逆的钉扎水。在第三个粗糙的模型，没有全球孔径梯度，但与粗糙的墙壁和通道平行的平均流量，纤维运输只可能在剪切稀化流和钉扎和缠结的影响进行了研究。
2008-09-02 physics.flu-dyn
Further validation to the variational method to obtain flow relations for generalized Newtonian fluids
我们继续我们的调查，使用变分法推导出广义牛顿流体在受限几何中的流动关系。而在以前的研究中，我们使用直圆管几何形状与八种流体流变模型来证明和建立变分方法，这里的重点是平面细长缝几何形状使用这八种流变模型，即：牛顿，幂律，Ree-Eyring，Carreau，Cross，Casson，Bingham和Herschel-Bulkley。我们演示了如何变分原理的基础上，最大限度地减少总应力的流动管道可以用来推导出解析表达式，这是以前通过其他方法推导出的，或与数值程序结合使用，以获得数值解，这是几乎相同的解决方案，以前从流体动力学的成熟的方法。在这方面，我们使用的方法Weissenberg-Rabinowitsch-Mooney-Schofield（WRMS），我们的适应从圆管的几何形状的细长狭缝的几何形状，推导出的八种类型的流体的解析公式，这些推导出的公式用于比较和验证的变分公式和数值解。虽然有些例子可能没有什么价值，但变分法所依据的最优化原理具有重要的理论价值，因为它揭示了流动系统采取使总应力最小化的结构的趋势。我们的建议也提供了一种新的方法来解决流体动力学和流变学中的常见问题。
2015-03-22 physics.flu-dyn
