石油作为“工业的血液”是一种无可替代的能源物资。在石油工程领域中,涉及到的大部分流体都属于非牛顿流体,例如钻井液、完井液、沥青、原油、聚合物驱油的高分子聚合物等等,这些流体对于石油开采的安全、能耗的降低以及原油采收率的提高等都起到关键的作用。因此,从石油工业角度分析对于非牛顿流体的理论研究非常有必要。本文采用Dynamic-Smagorinsky亚格子应力模型对幂律流体在圆管内的湍流流动特性进行了模拟研究。首先将较高雷诺数的湍流流动与直接数值模拟计算结果对比,验证了本文选用模型及网格划分的准确性和适用性。通过改变入口流速模拟了雷诺数对牛顿流体湍流流动特性的影响,研究结果表明:在粘性底层无量纲平均轴向流速分布均符合线性分布,在对数区符合对数律分布;随着雷诺数的增加,脉动速度均方根和雷诺应力的值逐渐增加且极值的位置向远离壁面的方向移动。文中还对比了不同雷诺数的瞬时流动云图和速度矢量图,得出随着雷诺数的增加,流场内流体流动的混合能力加强,速度分布更加均匀。通过改变幂律指数研究了不同幂律指数下幂律流体湍流流动特性的影响,并对雷诺数对剪切稀化流体流动特性的影响规律进行了研究。得出如下结论:幂律指数对流动平均速度分布和无量纲粘度的影响主要表现在对数区。随着幂律指数的增加,对数区的平均速度分布逐渐减小,无量纲粘度逐渐减小;模拟预测的摩擦系数随着幂律指数的减小而减小。幂律指数对湍流二阶统计量的影响表现为,在对数坐标下随着幂律指数的增加,速度脉动均方根的值逐渐增加,极值出现的位置向着远离壁面的方向移动。雷诺数对剪切稀化流体湍流流动的影响规律如下:剪切稀化流体的平均速度分布随着模拟雷诺数的增加逐渐增加,增加幅度与雷诺数的增加幅度相关;模拟得出的摩擦系数随着雷诺数的增加而逐渐减小。文中分析了雷诺数对湍流二阶统计量的影响,在对数坐标下随着雷诺数的增加,脉动速度均方根和雷诺应力的值逐渐增加,极值的位置都向靠近壁面方向移动。同时,还观察了同一时刻同一位置处的瞬时速度云图和粘度云图,可以清楚看到随着雷诺数的增加,靠近壁面的低流速区逐渐减薄。