[发明专利]利用颗粒间关联扩散测量界面流体系统中剪切流或涡旋流的方法

摘要

本发明属于流体测量技术领域，具体为利用颗粒间关联扩散测量界面流体系统中剪切流或.涡旋流的方法。本发明通过计算相距一定距离r的颗粒对i、j间垂直于颗粒质心连线方向上的关联扩散位移随间距r的关系，判断系统中是否存在剪切流；若系统中存在剪切流或涡旋流，再选定相距一定间距的颗粒对，计算该颗粒对间关联扩散随颗粒质心连线与x轴夹角的关系，从而判断剪切流或涡旋流的形式，并计算剪切流的剪切方向及剪切速率。本发明优势在于：即使样品中的剪切流或涡旋流很微弱，也能准确地计算出剪切流或涡旋流的剪切方向及剪切速率；而且在相同实验数据情况下，能够增加数据的有效统计量，使计算结果更准确。

主权项

1.一种利用颗粒间关联扩散测量界面流体系统中剪切流或涡旋流的方法，其特征在于，具体步骤为：(1)通过计算扩散时间τ内相距一定距离r的颗粒对i、j间垂直于颗粒质心连线方向上的关联扩散位移随距离r的关系，β表示垂直于颗粒质心连线方向，判断系统中是否存在剪切流或涡旋流；(2)若系统中存在剪切流或涡旋流，再选定扩散时间τ内相距一定距离r取值为r₀的颗粒对，计算该颗粒对间扩散时间τ内的关联扩散位移随颗粒质心连线与x轴夹角θ的关系，从而判断剪切流或涡旋流的形式，并计算剪切流的剪切方向角度及剪切速率；所述判断系统中是否存在剪切流或涡旋流的步骤为：在流体中放入示踪粒子，根据扩散时间τ内颗粒的扩散位移，利用公式计算流体中两颗粒对i、j间垂直于连接两颗粒质心连线方向上的关联扩散位移其中：β表示垂直于两颗粒质心连线方向，r为颗粒对i、j间的距离，分别表示颗粒i、j在扩散时间τ内的扩散位移在β方向上的分量；依据判断样品中是否存在剪切流或涡旋流，对于一般情况，有若γ＝2，样品中不存在剪切流或涡旋流；若γ>2，样品中存在剪切流或涡旋流；其中γ表示随颗粒距离r衰减的快慢程度；步骤(2)的具体计算如下：一定间距r0的颗粒对i，j，在扩散时间τ内剪切流引起的两颗粒间的关联扩散位移的计算：剪切流引起的颗粒间关联扩散位移且满足：2·L>r₀，表示由剪切流引起的颗粒对间的关联扩散位移；一定间距r0的颗粒对i，j，在扩散时间τ内涡旋流引起的两颗粒间的关联扩散位移：且满足：2·L>r₀，表示由涡旋流引起的颗粒对间的关联扩散位移；对于选定的一定间距为r₀的颗粒对，根据垂直于连接颗粒质心连线方向上的关联扩散位移随颗粒对质心连线与x轴方向角度θ的关系为利用公式(6)或公式(7)拟合实验数据计算出来的得到剪切流的剪切角θ₀及剪切速率ω：在剪切流存在的流体中，胶体颗粒随剪切流运动的同时受白噪声的驱动做无规运动，相距一定间距r0的颗粒对i，j在扩散时间τ内的关联扩散位移随x轴方向角度θ的关系为：在涡旋流存在的流体中，胶体颗粒随剪切流运动的同时受白噪声的驱动做无规运动，相距一定间距r0的颗粒对i，j在扩散时间τ内的关联扩散位移随x轴方向角度θ的关系为：公式(6)、公式(7)中的第二项常数C表征颗粒对间流体力学相互作用，其大小与选定的颗粒间距r0相关，其中图片半径L、颗粒间距r0是定常数，剪切角θ0、剪切速率ω是拟合参数，是剪切流或涡旋流的信息。