微氣泡具有與普通氣泡不同的突出特性,近年來在環(huán)境污染控制、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用日益受到關(guān)注。對微氣泡的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行深入研究,具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)意義。本文就微氣泡的尺度特征,利用介觀尺度的多體耗散粒子動(dòng)力學(xué)對微氣泡的動(dòng)力學(xué)行為展開深入研究,具體的研究內(nèi)容包括:（1）結(jié)合DPD與MDPD兩種方法的聯(lián)系和差異,利用DPD粒子描述氣相,MDPD粒子描述液相,構(gòu)建微氣泡模型。通過改變氣相粒子和氣液界面粒子間作用力,構(gòu)建氣液高密度差的微氣泡模型,并對微氣泡行為進(jìn)行模擬驗(yàn)證了其有效性。（2）利用該模型對重力場中單個(gè)微氣泡的流體動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行研究。研究表明氣液兩相間的表面張力對氣泡動(dòng)力學(xué)行為有重要影響。隨著表面張力增大,氣泡的變形越不明顯,穩(wěn)定時(shí)氣泡越趨近于圓形;隨著表面張力減小,氣泡變形幅度增大,變形對周圍流場的影響增強(qiáng)。在微通道內(nèi),當(dāng)氣泡直徑一定時(shí),隨通道寬度的增加,微氣泡上升位移逐漸增加,且微氣泡的上升速度隨著通道寬度增加而增加,通道越窄,無滑移固壁邊界的作用越明顯。（3）利用該模型對超聲驅(qū)動(dòng)下,無限長微通道內(nèi)微氣泡震蕩和輸運(yùn)過程進(jìn)行了研究。采用緩沖邊界構(gòu)造了無限長微通道環(huán)境,... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同尺度下數(shù)值模擬方法

中北大學(xué)學(xué)位論文5開發(fā)了DPD方法的動(dòng)理論。圖1.2耗散粒子動(dòng)力學(xué)(DPD)方法的最新發(fā)展概況（2）MDPD方法Pagonabarraga[17,18]提出了MDPD方法，對DPD方法在熱力學(xué)計(jì)算方面的不足進(jìn)行了補(bǔ)充。模擬氣液相分離，對氣液界面進(jìn)行研究，得到了表面張力與DPD方法參數(shù)選取的關(guān)系。Trofimov[30]指出，Pagonabarraga提出MDPD模型有一定的不足之處，在非理想系統(tǒng)中粒子與粒子間的相關(guān)性方面和局部密度方面進(jìn)行了改進(jìn)。對超過臨界點(diǎn)的L-J流體進(jìn)行研究，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，使得MDPD方法可以模擬多組分模型。Warren[31]在文獻(xiàn)中提到，MDPD方法中的氣體和液體是在滿足范德瓦爾斯?fàn)顟B(tài)方程的基礎(chǔ)上共同存在的，并且還必須考慮粒子截?cái)喟霃剑韵懦饬臀Φ淖饔�。對氣液共存系統(tǒng)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，氣液界面是維持氣液相平衡的重要因素。Tiwari和Abraham[32]提出，粒子的自由能和局部密度受到局部密度梯度的控制，而粒子所經(jīng)歷的保守力是基于自由能得出的。模擬了氣相和液相的分離過程，獲得了可以穩(wěn)定存在的兩相流體系。仿真結(jié)果表明，MDPD控制方程中保守力的引力項(xiàng)可以控制粒子的密度梯度。模擬結(jié)果表明，MDPD方法可以模擬氣液界面，并對模型中的熱力學(xué)性

中北大學(xué)學(xué)位論文16虠虠式中，ivtt和iTtt分別表示tt時(shí)刻的速度，通過對速度的計(jì)算，進(jìn)一步得到tt時(shí)刻粒子所受的力iftt，最后通過粒子受到的力對速度校正，從而得到tt時(shí)刻粒子速度。速度值的第二次校正減少了計(jì)算誤差，且引入修正因子λ，從而增加了穩(wěn)定性和計(jì)算精度，并提高了計(jì)算效率。根據(jù)Groot和Warren[27]研究，由于MDPD模型中引入了隨機(jī)力與耗散力，當(dāng)修正系數(shù)選用值為0.65時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性最佳。積分時(shí)間步長t，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究問題的需要設(shè)置的，但該值必須小于0.06才能保持系統(tǒng)能量的穩(wěn)定性。2.5邊界條件2.5.1固體壁面邊界條件建立正確的通道壁模型的模擬結(jié)果非常重要，不合理的壁面邊界條件可能會(huì)導(dǎo)致靠近壁面的流體粒子波動(dòng)，導(dǎo)致模擬結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤。近年來，研究人員提出了兩種固壁邊界處理方式，直接方法[45]和間接方法[46]。直接法是將粒子鎖定在壁面上的方法，雖然結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是邊界附近的流體粒子密度的擾動(dòng)大，不能真正實(shí)現(xiàn)無滑移邊界；間接方法是基于周期性邊界進(jìn)行改進(jìn)的，其中處于壁面上的粒子速度不為零，并且處于壁面附近的微粒速度具有連續(xù)性。當(dāng)前，直接方法被廣泛用于在MDPD模擬中建立壁面邊界模型，并且這些模型正在不斷地改進(jìn)和優(yōu)化。圖2.1固體壁面邊界模型示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]介觀尺度兩相流動(dòng)的數(shù)值方法與機(jī)理研究[D]. 劉漢濤.中北大學(xué) 2012
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本文編號：2997930