amp. 数学物理学进展 1687-9139. 1687-9120 印度发布公司 634925. 10.1155 / 2012/634925 634925. 研究文章 具有可变粘度的非牛顿三级流体串联解决方案的研究:通过同型分析方法 埃拉米 R. 1,2 Özer. Teoman. 1 机械工程系 加州大学河畔 Bourns Hall,A373 滨江,加州92521 美国 UCR.EDU. 2 数学与统计系 FBA. IIU,H-10 伊斯兰堡44000. 巴基斯坦 IIU.edu.pk. 2012年 14. 5. 2012年 2012年 14. 12. 2011年 27. 01. 2012年 2012年 版权所有©2012 R. Ellahi。 这是在Creative Commons归因许可下分发的开放式访问文章,其允许在任何介质中不受限制地使用,分发和再现,只要正确引用了原始工作。

这项工作涉及具有可变粘度的三级非牛顿流体流动的系列解决方案。由于部分微分方程的非线性,耦合和高度复杂的性质,发现分析解决方案不是一项简单的任务。使用同型分析方法(HAM)用于串联解决方案的呈现。火腿被接受为一种优雅的工具,可用于复杂非线性问题的有效解决方案。(Hayat等,2007)的解决方案是开发的,并且它们的收敛已经明确地讨论了两种不同的模型,即恒定和可变粘度。还描述了错误分析。另外,所得结果以图形方式示出以描绘收敛区域。相关参数的物理特征以数值表的形式呈现。

1.介绍

在过去的几年里,非牛顿流体的稳定和非稳定流动有了实质性的进展。关于这个话题,现在有大量的文献可用(参见一些研究[ 1- 6.])。所有真正的流体都是不同的。因此,考虑到流变学特征,通过采用一个本构体方程,所有非牛顿流体都不能解释。这是粘性和非牛顿流体之间的突出差异。出现在本组成方程中的流变参数导致比Navier-Stokes方程更高阶和谐的控制方程。差分型流体最简单的子类称为二级。在稳定的流动中,这种流体可以预测正常应力并且不显示剪切稀释和剪切增厚行为。第三级流体提出了剪切变薄和剪切增厚性能的解释。因此,本文旨在研究三级流体的管道流动。研究中提到了关于该主题的一些进展[ 7. 8.其中许多引用。在所有这些研究中,使用可变粘度。马萨诸塞州和克里斯蒂[ 9.当粘度取决于温度时,数值检查了三级流体的管道流动。Hayat等。[ 10.]介绍了[ 10.]直到二阶变形。

在本文中,动机来自理解[中讨论的问题的趋同 10.]。通过使用同型分析方法分析的流动和温度的相关方程[ 11.- 15.]。这里明确地示出了所获得的解决方案的收敛,并且在[ 10.]。

2.问题

从 [ 10.,我们有等式( 2.1) 到 ( 3.4)在形式的非倾斜和非线性耦合的部分微分方程中 1 R. D. D. R. R. μ R. D. V. D. R. + Λ R. D. D. R. R. D. V. D. R. 3. = C D. 2 θ D. R. 2 + 1 R. D. θ D. R. + Γ D. V. D. R. 2 μ R. + Λ D. V. D. R. 2 = 0. 受边界条件 V. 1 = θ 1 = 0. D. V. 0. D. R. = D. θ 0. D. R. = 0. V. 1 = θ 1 = 0. D. V. D. R. 0. = D. θ D. R. 0. = 0.

3.问题的解决方法

我们的兴趣是为两种粘度,即恒定和空间依赖性粘性耗散进行同型官方解决方案的分析。

情况下我。

对于等粘度模型,我们选择 μ = 1 对于火腿解决方案,我们选择 V. 0. R. = C 4. R. 2 - 1 θ 0. = C 2 Γ 1 - R. 4. 64. 的初始近似 V. θ 分别满足线性操作员和相应的边界条件。我们使用高阶差分映射的方法[ 16.]选择线性运算符 由此定义 L. 1 = D. 2 D. R. 2 + 1 R. D. D. R. 这样 L. 1 C 1 + C 2 LN. R. = 0. 在哪里 C 1 C 2 是任意常量。

如果收敛参数是 H 0. ≤. P. ≤. 1 是一个嵌入参数,然后是 Z. E. R. O. 问题成为 1 - P. L. 1 [ V. * R. P. - V. 0. R. ] = P. H N 1 [ V. * R. P. θ * R. P. ] 1 - P. L. 1 [ θ * R. P. - θ 0. R. ] = P. H N 2 [ V. * R. P. θ * R. P. ] V. * 1 P. = θ * 1 P. = 0. V. * R. P. R. | R. = 0. = θ * R. P. R. | R. = 0. = 0. 其中非线性参数 1 2 是由 N 1 [ V. * R. P. θ * R. P. ] = 1 R. D. V. * D. R. + D. 2 V. * D. R. 2 + Λ R. D. V. * D. R. 3. + 3. Λ D. V. * D. R. 2 D. 2 V. * D. R. 2 - C N 2 [ V. * R. P. θ * R. P. ] = 1 R. D. θ * D. R. + D. 2 θ * D. R. 2 + Γ D. V. * D. R. 2 + Γ Λ D. V. * D. R. 4. 为了 P. = 0. P. = 1 , 我们有 V. * R. 0. = V. 0. R. θ * R. 0. = θ 0. R. V. * R. 1 = V. R. θ * R. 1 = θ R. P. 从0到1增加, V. * R. P. θ * R. P. 不同于 V. 0. R. θ 0. R. V. R. θ R. ,分别。泰勒的定理和( 3.7),人们可以得到 V. * R. P. = V. 0. R. + σ. m = 1 V. m R. P. m θ * R. P. = θ 0. R. + σ. m = 1 θ m R. P. m 在哪里 V. m R. = 1 m !! m V. * R. P. P. m | P. = 0. θ m R. = 1 m !! m θ * R. P. P. m | P. = 0. 该系列的收敛( 3.8)取决于 H .我们选择 H 以这样的方式( 3.8)是收敛的 P. = 1 ;然后,由于( 3.7),我们得到 V. R. = V. 0. R. + σ. m = 1 V. m R. θ R. = θ 0. R. + σ. m = 1 θ m R. m 数级变形问题是 L. 1 [ V. m R. - χ m V. m - 1 R. ] = H R. 1 m R. L. 1 [ θ m R. - χ m θ m - 1 R. ] = H R. 2 m R. V. m 1 = θ m 1 = 0. V. m ' 0. = θ m ' 0. = 0. 在哪里复发公式 1 2 是由 R. 1 m R. = 1 R. D. V. m - 1 D. R. + D. 2 V. m - 1 D. R. 2 + Λ R. σ. K. = 0. m - 1 σ. 一世 = 0. K. D. V. m - 1 - K. D. R. D. V. K. - 一世 D. R. D. V. 一世 D. R. + 3. Λ σ. K. = 0. m - 1 σ. 一世 = 0. K. D. V. m - 1 - K. D. R. D. V. K. - 1 D. R. D. 2 V. 一世 D. R. 2 - 1 - χ m C R. 2 m R. = 1 R. D. θ m - 1 D. R. + D. 2 θ m - 1 D. R. 2 + Γ σ. K. = 0. m - 1 D. V. m - 1 - K. D. R. D. V. K. D. R. + Λ Γ σ. K. = 0. m - 1 σ. j = 0. K. σ. 一世 = 0. j D. V. m - 1 - K. D. R. D. V. K. - j D. R. D. V. j - 一世 D. R. D. V. 一世 D. R. 其中 χ m = { 0. m ≤. 1 1 m > 1 对于恒定的粘度,速度和温度表达直到二阶变形 V. R. = C 4. R. 2 - 1 + H C 3. Λ 2 H + 3. R. 4. - 1 16. + H 2 C 5. Λ 2 R. 6. - 1 32. θ R. = [ m 1 R. 4. - 1 + m 2 R. 6. - 1 + m 3. R. 8. - 1 + m 4. R. 10. - 1 + m 5. R. 12. - 1 + m 6. R. 14. - 1 + m 7. R. 16. - 1 + m 8. R. 18. - 1 + m 9. R. 20. - 1 + m 10. R. 22. - 1 ]

案例二世。

对于空间依赖性粘度,我们采取 μ = R. 对于火腿解决方案,我们选择 V. 0. R. = C 6. R. 2 - 1 θ 0. = C 4. H 4. Γ 1 - R. 2 64. 作为初始近似 V. θ .我们选择 L. 2 = D. 2 D. R. 2 + 2 R. D. D. R. 这样 L. 2 C 3. + C 4. R. = 0. 在哪里 C 3. C 4. 是任意常量。这 Z. E. R. O. TH. - 和 m TH. - 交流变形问题是 1 - P. L. 2 [ V. * R. P. - V. 0. R. ] = P. H N 3. [ V. * R. P. θ * R. P. ] 1 - P. L. 2 [ θ * R. P. - θ 0. R. ] = P. H N 4. [ V. * R. P. θ * R. P. ] V. * 1 P. = θ * 1 P. = 0. V. * R. P. R. | R. = 0. = θ * R. P. R. | R. = 0. = 0. L. 2 [ V. m R. - χ m V. m - 1 R. ] = H R. 3. m R. L. 2 [ θ m R. - χ m θ m - 1 R. ] = H R. 4. m R. V. m 1 = θ m 1 = 0. V. m ' 0. = θ m ' 0. = 0. 在哪里 N 3. [ V. * R. P. θ * R. P. ] = 2 R. D. V. * D. R. + D. 2 V. * D. R. 2 + Λ R. 2 D. V. * D. R. 3. + 3. Λ R. D. V. * D. R. 2 D. 2 V. * D. R. 2 - C R. N 4. [ V. * R. P. θ * R. P. ] = 1 R. D. θ * D. R. + D. 2 θ * D. R. 2 + Γ D. V. * D. R. 2 + Γ Λ D. V. * D. R. 4. + Γ R. D. V. * D. R. 2 R. 3. m R. = 2 R. D. V. m - 1 D. R. + R. 2 D. 2 V. m - 1 D. R. 2 + Λ σ. K. = 0. m - 1 σ. 一世 = 0. K. D. V. m - 1 - K. D. R. D. V. K. - 一世 D. R. D. V. 一世 D. R. + 3. Λ R. σ. K. = 0. m - 1 σ. 一世 = 0. K. D. V. m - 1 - K. D. R. D. V. K. - 一世 D. R. D. 2 V. 一世 D. R. 2 - 1 - χ m C R. R. 4. m R. = 1 R. D. θ m - 1 D. R. + D. 2 θ m - 1 D. R. 2 + Γ R. σ. K. = 0. m - 1 D. V. m - 1 - K. D. R. D. V. K. D. R. + Λ Γ σ. K. = 0. m - 1 σ. j = 0. K. σ. 一世 = 0. j D. V. m - 1 - K. D. R. D. V. K. - j D. R. D. V. j - 一世 D. R. D. V. 一世 D. R. 对于可变粘度,速度和温度表达直至二阶变形 V. R. = H C 2 R. - 1 + C 2 H + 3. R. 2 - 1 18. + C 3. H Λ R. 3. - 1 81. θ R. = [ m 11. R. 2 - 1 + m 12. R. 3. - 1 + m 13. R. 4. - 1 + m 14. R. 5. - 1 + m 15. R. 6. - 1 ] 恒定系数的地方 m 1 - m 15. 可以通过常规计算轻松获得。

<内联公式> <mml:math xmlns:mml =“http://www.w3.org/1998/math/mathml”id =“m56”> <mml:mrow> <mml:mi> m </ mml:MI> </ MML:MROW> </ MML:MATH> </ INLINE-Fapue> TH订单解决方案

在这两种情况下,对于 P. = 0. P. = 1 , 我们有 V. * R. ; 0. = V. 0. R. θ * R. ; 0. = θ 0. y V. * R. ; 1 = V. R. θ * R. ; 1 = θ R. P. 从0到1增加, V. * R. P. θ * R. P. ϕ * R. P. 不同 V. 0. R. θ 0. R. ϕ 0. R. V. R. θ R. ϕ R. ,分别。泰勒的定理和( 3.24)一般解决方案可以写成 V. * R. P. = V. 0. R. + σ. m = 1 V. m R. P. m θ * R. P. = θ 0. R. + σ. m = 1 θ m R. P. m 在哪里 V. m R. = 1 m !! m V. * R. P. P. m | P. = 0. θ m R. = 1 m !! m θ * R. P. P. m | P. = 0. 3.25)取决于 H ;因此,我们选择 H 以这样的方式,它应该是收敛的 P. = 1 .以...的观点 ( 3.24),最后是一般形式的 m 课程解决方案是 V. R. = V. 0. R. + σ. m = 1 V. m R. θ R. = θ 0. R. + σ. m = 1 θ m R.

4.讨论

注意到明确的分析表达( 3.11),(19),( 3.19), 和 ( 3.20)包含辅助参数 H .廖秀冬指出[ 17.],收敛区和火腿给出的近似速率强烈依赖 H .数据 1 2显示了 H -速度曲线和温度曲线,求出的范围 H 对于恒定粘度的情况。可允许值的范围 H 的速度是 - 2.4 ≤. H ≤. 0.4 和温度是 - 2.2 ≤. H ≤. 0.5 .数据 4. 5.代表这一点 H - 用于可变粘度。速度和温度型材的可接受范围是 - 3. ≤. H ≤. 0.4 - 2.8 ≤. H ≤. 0.8 ,分别。在数据 3. 6.,残留误差的图谱分别绘制恒定和可变粘度。两个连续近似的常态2的误差 [ 0,1 ] 用火腿 10. TH. -阶近似由 E. 2 = 1 11. σ. 一世 = 0. 10. V. 10. 一世 10. 2 = F 由此可见,误差在 H = - 0.01 .这些值的 H 也在的容许范围内 H

H 在粘度不变的情况下,速度曲线 10. TH. 阶近似。

H - 在恒定粘度的情况下为温度进行温度 10. TH. 阶近似。

恒定粘度的残余误差曲线。

H - 在可变粘度的情况下,用于速度 10. TH. 阶近似。

H - 在可变粘度的情况下为温度进行温度 10. TH. 阶近似。

可变粘度残差曲线。

我们使用广泛应用的符号计算软件Mathematica来查看Sundry参数的效果 1 2, 和 3.

说明速度和温度的变化 C

H Λ C V. θ
-0.01 1 -1 1.673 0.006.
-2 3.191 0.068
-3 4.4331 0.270
-4 5.339 0.661
-5 5.924 1.205

说明速度和温度的变化 Λ

H C Γ Λ V. θ
-0.01 -1 1 0. 1.700 0.243
5. 1.571 2.002
10. 1.455. 3.209
15. 1.353 4.011
20. 1.263 4.520

说明温度的变化 Γ

H C Λ Γ V. θ
-0.01 1 1
0. 0. 0.
5. 0.075 3.242
10. 0.158 6.484
15. 0.249 9.726.
20. 0.351 12.969
结论

本文介绍了三级流体中恒定和可变粘度的串联溶液的收敛。考虑稳态流程。在图中还检查了收敛值和剩余错误 1 6..看出新兴参数对恒定和可变粘度,表的影响 1 3.已显示。在表格中 1 2,发现速度和温度分别随着压力梯度和三级参数的降低而增加,而表格 3.解释了粘性耗散参数对速度和温度分布的变化。这里,通过增加粘性耗散,揭示了速度和温度降低。观察结果和图表[ 10.]用于重要参数 C Λ Γ 是正确的,保持不变。

致谢

R. Ellahi感谢美国教育基金会巴基斯坦和CIES USA,由2011 - 2012年富布赖特学者奖颁发他。R. Ellahi还感谢巴基斯坦的高等教育委员会和PCST,分别为他颁发NRPU和生产力科学家的奖项。

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