粘性
關注創建者：MIDAS官方 創建時間：2020-12-30
粘性的視頻教程
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粘性的實例教程
什么是粘性
發生相對運動或有相對運動趨勢時阻礙相對運動的作業一般稱之為粘性。流體的粘性與相對運動速度的梯度成正比，在一定厚度的流動中，相對速度越大粘性越大。
地面是有粘性的，我們要克服地面對箱子粘性產生的摩擦力才能推動箱子。
膠水是有粘性的，可以粘住我們的手指不讓手指脫離膠水。
水是有粘性的，游泳時前進如此困難是因為水擁抱著我們的身體，不讓身體滑向前方。
空氣是有粘性的，跑步時，空氣裹著身體不讓我們前進用粘性拖住我們的腳步。
粘性作用只發生在有強相對運動的地方，飛機在空中飛過，空氣是靜止的，與快速前進的飛機，形成很強的相對運動，飛機表面粘住空氣分子前進，空氣分子偏要拖著飛機停下來，空氣分子吸著飛機表面，高喊“不要走、不要走，留下了一起玩”，死活不撒手。
這就是“表面無滑移條件”，貼著表面的流體，運動速度與表面一致。
飛機表面只好拽著空氣分子前行，把一部分飛行的動能傳給了空氣帶著少量的空氣一起飛，同時擾亂了空氣分子平靜的生活帶來附加的無序混亂，分子被攪合的加強了熱運動，將飛機前行的動能轉化為無序的熱運動，這就是飛機的粘性摩擦損失。
如果空氣沒有粘性，飛機表面的空氣分子不去粘飛機，你跑你的，我保持平靜，不被吸引。這是“表面可滑移條件”，貼著表面的流體，可以不與表面以相同速度前行，無粘性就不會產生摩擦力，飛機可以在空中持續飛行也不用燒油了。
氣體對氣體的相對流動，粘性又如何作用呢。例如一股氣體射入大氣中，猶如閱兵隊伍的方隊要從密集的人群中穿過。本來方隊步調一致前進，沒有任何內耗，外圍人群里有要拍照的、有要握手的、有要問好的，方隊外層很快就被人群拖住，靠近方隊的人群也會跟著方隊加快步伐，這個混雜層就是“剪切層”或者“摻混層”，其運動速度是中間速度，而且特別不穩定，說不準就會掀起小小的撞擊、摻混、旋轉，進一步沖擊中間的方隊。
展開 在粘性作用下，空氣被“粘”到邊界上，因此邊界速度為零。鄰近的粒子也慢了下來，導致了總體能量損耗，或者說聲能轉換成了熱能（由于剪切產生的粘性耗散）。但是在腔體內，分子可以自由地運動。
熱粘性聲學控制方程
對微觀聲學（包含與聲學邊界層的相關損耗）進行詳細建模，這要求在靜態條件下求解一組線性納維-斯托克斯方程。COMSOL Multiphysics? 軟件的“聲學模塊”中的熱粘性聲學 物理場接口能實現這些方程。不過，若拓撲優化需要應用某些假設條件，該方程式則不適用。參考文獻 1 提出了基于亥姆霍茲分解的公式。該公式對于很多微觀聲學應用均有效，并且能夠對熱波、粘性波和壓縮（壓力）波解耦。一個近似但準確的表達式（參考文獻 1）描述了速度和壓力梯度的關系：
其中，粘性場 是一個標量的無量綱場，它描述了域內條件與邊界條件之間的差異。
上方的彩色表面圖顯示了聲學溫度的變化。邊界上變化為零，是因為固體壁的導熱系數很高，但是腔內的溫度變化可以利用等熵能量方程進行計算。溫度變化和聲學壓力的關系可以寫作一般形式（參考文獻 1）：
其中，熱場 是一個標量的無量綱場，它描述了域內條件與邊界條件之間的差異。
我們會在下文中解釋，為何粘性場和熱場對于創建拓撲優化算法必不可少。
熱粘性聲學應用的拓撲優化
與標準的聲學拓撲優化相反，熱粘性聲學沒有既定的插值公式。由于沒有準確描述熱粘性物理現象的單方程系統（它通常需要三個控制方程），所以沒有明顯可插值的變量。本節將為您介紹一個新穎的算法。
為了簡單起見，我們只討論橫截面不變的波導內的波傳播。這等效于稱為“Low Reduced Frequency”的模型，微觀聲學從業者可能對它比較了解。粘性場可以通過方程 1 來計算（參考文獻1）：
(1)
其中， 僅為橫截面方向的拉普拉斯算子。
展開 通過一個稱為粘性耗散熱的過程，減震器將機械能消散為熱能。熱量過多會損壞減震器，因此在優化流體減震器的設計時，充分理解粘性耗散熱的過程非常重要。
流體減震器是什么？
流體減震器（也稱為粘性減震器）在工業方面有許多應用。例如用于軍事設備的震動隔離，以及高層建筑和土木結構的地震減震和強風阻尼。甚至有些微流體裝置要依靠流體減震器來產生熱量及控制流體流動。
流體減震器（深藍色部件）用于穩定太陽能跟蹤裝置。圖片由 Leonard G 提供，通過 Wikimedia Commons 共享。
粘性耗散熱 – 平衡之道
高粘度流體（例如油或硅基流體）常用于減震器中，這是因為流體的粘度越高，減震器耗散的力就越大。當流體減震器推動粘性流體在兩個腔室之間往復運動時，減震器內就會釋放粘性耗散熱。這種作用以振動或振蕩的形式將機械能轉換為熱能。
要優化流體減震器的工作效率，分析其中的粘性耗散熱尤為重要。如果減震器中釋放的熱量過多，就會損壞減震器和要保護的裝置或結構。讓我們將目光轉向 COMSOL Multiphysics 仿真平臺中的傳熱模塊和 CFD 模塊，研究流體減震器的性能。
使用 COMSOL Multiphysics 模擬粘性耗散熱
流體減震器的主要組件包括減震器汽缸殼、活塞桿和活塞頭、腔室中的粘性流體、以及活塞頭和汽缸殼內壁之間狹小的圓形空間。這個空間用作流體通道。在我們的模擬中，這些固體部件由鋼質材料制成，COMSOL Multiphysics 內置的材料庫中我們可以找到這種材料。
流體減震器示意圖。
在這個仿真模型中，活塞頭在氣缸內部往復運動，使流體和硅油以較大的剪切速率通過小孔。這種作用產生的熱量在軸向和徑向上傳輸。在徑向上，熱量經汽缸壁傳導并通過對流傳到外部空氣中。
我們求解 Navier-Stokes 方程來描述減震器中的流體流動。
展開 通常，將DNA origami tile連接成較大的結構的方法是利用粘性末端形成DNA雙螺旋。但這種方法效率較低，連接多個Tile時往往需要設計較多的粘性末端且退火程序較為復雜。Masayuki Endo等人開發了一種不使用粘性末端的方法，他們設計了一種拼圖狀結構的DNA origami Tile，利用其特殊的幾何結構則可將多個Tile連接起來。
小結：該方法巧妙利用Tile的幾何結構，成功避免了使用較多的粘性末端，不過此文中的Tile結構只能形成一維長條狀的組裝體。
2011年，Hiroshi Sugiyama團隊在之前的工作上加以改進，設計了一種新的DNA origami Tile，同樣利用拼圖的方法，將九個不同的DNA origami Tile組裝出了一個較大面積的二維DNA納米圖形。
小結：該方法在改進之后，增加了拼圖連接方式的應用范圍，為DNA origami tile連接提供了一種可行的方法。
2011年，Hiroshi Sugiyama團隊還將拼圖結構重新設計，開發了一種四臂連接子，在上下左右四個方向上都可以連接Tile結構。
小結：這種連接子的設計，成功實現了四個方位的DNA Origami Tile結構的組裝，并且進一步拓展了拼圖方法連接的DNA納米結構的復雜度。
2011年，顏顥課題組也在DNA origami Tile的連接上有了成果，他們采用的方法是：先形成一個DNA折紙框架，然后將相應的DNA origami Tile結構填充到框架中，從而將多個Tile連接起來，形成較大的、更為復雜的結構。
小結: 這種方法通過預先設計的框架確定了DNA origami Tile的位置及最終產物結構，不僅使得產物尺寸及形狀可控，還避免了使用粘性末端的連接方式。
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文章來源：cadence博客
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然而正如所預料的那樣，一旦流速高一些，或者粘性小一些，仿真結果就容易發散，收斂性成為一大難題。
為了解決這個問題，CFD大神們想出了各種手段，有的嚴格按照理論去處理盡力彌合。有的則主打靈感修正，問就是人工粘性、人工擴散、人工穩定，實用至上。
計算流體力學基礎課程-中文字幕24天前
您還將建立對壓力力、粘性力、體積力、熱傳導、壓力功、粘性功和源項的直覺。
通過本課程，您將為高級CFD主題（如離散化、有限體積法、湍流模型以及 ANSYS Fluent、OpenFOAM、STAR-CCM+ 等商業CFD軟件）打下堅實的概念基礎。
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講師：
張琪 | Ansys 高級應用工程師
張琪，哈爾濱工程大學船舶與海洋工程專業碩士學位，從事流體仿真工作10年＋，專注于空調熱管理、油冷電機等行業應用。
ISPG方法基于拉格朗日粒子法，專門用于求解粘性流體的自由表面流問題。該方法在多個工程領域具有廣泛應用前景，尤其適用于回流焊工藝仿真，例如在結構翹曲變形作用下的焊球形狀及橋接現象模擬。此外，它在粘膠工藝分析（如壓膠形狀預測）等方面也展現出良好的適用性。
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物聯網主機E6000的未來前景1個月前
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由于這是準靜態分析，不應使用粘性沙漏控制選項。所有其他案例均使用默認的截面控制。
邊界條件
運動學邊界條件為：在軸線上對稱（位于 r=0 的節點，屬于節點集AXIS，被施加了 ur=0 的約束）以及關z=0 平面對稱（所有位于 z=0 的節點，屬于節點集 MIDDLE，被施加了 uz=0 的約束）。
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另一方面，一站式解決方案更具競爭力，打通 “面板測試 + 整機測試”，可更好滿足產業鏈協同需求，提升客戶粘性與市場優勢。
未來，折疊屏、AR/VR、車載顯示等場景將持續催生新的測試需求，提前布局專項測試設備的廠商，將占據更大市場先機。
結語
顯示面板測試筑牢核心部件性能基礎，終端整機可靠性測試守護終端產品體驗底線，二者共同構成消費電子質量體系的核心。
