早在20世纪60年代,人们在黏弹性聚合物流体的管道收缩流动中就发现了与牛顿流体管道收缩流动不同的复杂流动结构。例如,在入口收缩折角区域存在唇口涡(见图)。
80年代后期,人们发现在黏度计或流变仪内,虽然黏弹性聚合物流体受到简单的纯剪切流动,但在一定的实验条件下,流动会发生失稳并导致测量失败。此外,在润滑、镀膜以及各类聚合物加工过程中,类似的流动失稳现象也广泛存在。在这类流动中,流动的雷诺数较低,流动的惯性效应较小或可以忽略不计。在定常情况下,流动基本控制方程可以简化为如下的形式:
式中为流体的应力张力;
为流体运动速度。对于聚合物流体,由于分子存在弹性,使其应力与应变率之间呈非线性关系,而该非线性特性即为引起流动失稳的根本原因。
黏弹性聚合物流体的弹性失稳现象广泛存在于工业加工、测量等领域。一方面,弹性失稳会导致产品出现瑕疵,测量出现失败;但另外一方面,流体弹性失稳后,其混合性能会大大增强,这对于微管道内流体不同溶液的掺混是有利的。