考虑固壁作用力的微可压缩流体纳微米圆管流动分析

张雪龄^1,2，朱维耀¹，蔡强²，刘启鹏^1,3，王小锋¹，娄钰¹

1. 北京科技大学土木与环境工程学院2. 清华大学材料科学与工程学院3. 国土资源部油气资源战略研究中心

摘 要：针对流体在纳微米尺度下的流体流动规律不符合泊肃叶规律的理论依据不足的难题,研究了纳微米圆管中流体的流动,将流体的微可压缩和固壁对流体的作用同时考虑进来,并将固壁对流体的作用采用固壁作用力的形式引入到流体力学方程,采用涡函数流函数将方程解耦,并用正则摄动法求得一阶精度的压力和速度的解析解.结果发现:固壁作用力导致零阶径向压力的出现,一阶压力的增强和一阶速度的降低;量纲一的体积流量偏离了不可压缩流体的体积流量,偏离效应受流体的微可压缩性和固壁作用力的共同影响.体积流量在同尺度下偏离泊肃叶流动的流量大小随着可压缩系数和流体中和壁面产生作用的离子浓度增大而增大,随着纳微米圆管管径减小而增大,纳微米圆管管径低于某一尺寸时,流体将不能流动.通过研究表明:纳微米尺度下产生微尺度效应的原因是流体的微可压缩性和壁面力的共同影响.

关键词：纳微米管道;固壁作用力;可压缩流;涡函数;流函数;摄动法;