纤维粒子悬浮流具有广泛的应用背景。与一般悬浮流不同的是,纤维悬浮流中的纤维粒子具有方向性,这种方向性极大地影响了悬浮流的宏观物理特性,因而研究纤维粒子在流场中的取向分布是有别于其它悬浮流的重要的研究内容。 本文分别研究了稀相平面收缩层流、半稀相平面剪切层流和稀相平面剪切湍流的纤维悬浮流中,纤维粒子的取向分布特性以及取向分布对悬浮流宏观应力应变关系的影响。 在稀相平面收缩层流中,数值模拟了取向分布函数随时间以及流场位置的变化关系,同时计算了纤维四阶取向张量,得到了收缩流场的附加粘度。结果显示,粒子在短时间内形成的取向分布已经较为接近稳态分布,速度梯度是影响取向趋于稳态分布快慢的因素。通过改变流量和收缩流场的收缩角度,发现稳态时的悬浮流粘度分布与Reynolds数无关,而仅依赖于流场的收缩角。 在半稀相平面剪切层流中,首先数值模拟了包含取向扩散的取向分布函数方程。在计算模型中,考虑了由粒子附加应力导致的正应力差,它的影响被考虑成等效应变的形式。通过对不同长径比纤维的计算,给出了粒子取向分布与悬浮流粒子浓度的关系,所得的四阶取向张量的计算结果与现有文献中的实验结果比较吻合。另外,对纤维长径比为10的半稀相悬浮流进行了粘度测量实验,结合其它对不同长径比纤维的实验结果,提出了适用于半稀相纤维悬浮流的修正的粘度表达式。 在稀相平面剪切湍流中,首次采用雷诺平均的方法,从理论上建立了包含脉动函数的平均取向分布函数的控制方程。通过分析求解脉动分布函数方程,将平均方程中的脉动关联项表示成平均函数的形式,由此建立了平均分布函数的封闭方程。将以上方程和模型用于圆管及平面槽流纤维悬浮流场,数值模拟了纤维平均取向分布函数方程,部分计算结果同文献中的实验结果进行了比较,说明流体湍动导致了粒子取向分布的扩散效应,纤维取向分布随着Reynolds数的增大趋于平缓,由此导致纤维粒子附加切应力的增大和附加正应力差的减小。