在聚合物基體中均勻混合納米粉體是提高復(fù)合材料物理和機(jī)械性能的重要手段,但粉體中納米顆粒極易在黏附力的作用下形成團(tuán)聚體,嚴(yán)重阻礙了納米尺度顆粒優(yōu)異性能的發(fā)揮。因此,提高團(tuán)聚體在加工流場(chǎng)中的分散均勻性和分散程度具有重要研究意義�，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)手段難以精準(zhǔn)觀測(cè)納米顆粒在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)信息,因而難以研究團(tuán)聚體在流場(chǎng)中的分散機(jī)理和評(píng)估團(tuán)聚體的分散效果。目前對(duì)此課題的研究主要通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)。隨著離散元法（DEM）的發(fā)展,已有一些學(xué)者利用離散元法對(duì)分形結(jié)構(gòu)團(tuán)聚體在流場(chǎng)中的分散行為進(jìn)行了研究,但所研究的分形結(jié)構(gòu)團(tuán)聚體通常是運(yùn)用擴(kuò)散控制單體凝聚模型（DLA）或擴(kuò)散控制團(tuán)簇凝聚模型（DLCA）生成的。這兩種分形凝聚模型假設(shè)顆粒發(fā)生接觸后一定粘結(jié),但當(dāng)顆粒間存在斥力時(shí)顆粒發(fā)生接觸后不一定粘結(jié),因此這兩種模型還存在一定的局限。為了提高黏附性顆粒團(tuán)聚體在流場(chǎng)中分散行為的計(jì)算精度,計(jì)算顆粒間的作用力時(shí)必須將接觸力和范德華力進(jìn)行耦合,而且計(jì)算顆粒在流場(chǎng)中受到的流體拖曳力時(shí),必須考慮流體的速度場(chǎng)對(duì)流體拖曳力影響。本文采用反應(yīng)控制團(tuán)簇凝聚（RLCA）模型生成顆粒團(tuán)聚體。運(yùn)用離散元法求解黏附性顆粒團(tuán)聚體的分散動(dòng)力學(xué),... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

顆粒在二維管道中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程[27]

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文6維數(shù)值模擬，采用DLVO理論和JKR理論計(jì)算顆粒間的作用力，運(yùn)用斯托克斯定律計(jì)算剪切流場(chǎng)對(duì)顆粒的作用力，圖1-2為納米顆粒在剪切流場(chǎng)中的粘結(jié)行為示意圖。模擬中顆粒的表面能、楊氏模量、顆粒密度等物理參數(shù)按照乳液聚合生成的聚苯乙烯納米顆粒選取，流體視為水。研究了剪切速率、顆粒的直徑和表面能對(duì)最終團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和尺寸的影響，結(jié)果表明剪切速率越低、顆粒直徑越孝顆粒表面能越大，最終形成的穩(wěn)定團(tuán)聚體尺寸越大。圖1-2納米顆粒在剪切流場(chǎng)中的粘結(jié)行為[29]Fig.1-2Coagulationofnano-particlesinshearflowfield劉道銀等[31-32]通過(guò)使用黏附性CFD-DEM耦合模型模擬了黏附性納米顆粒團(tuán)聚形成的數(shù)十微米至數(shù)百微米大小的團(tuán)聚體在流化床中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，研究了顆粒密度、流化氣體速度和范德華力對(duì)分散和團(tuán)聚行為的影響。結(jié)果表明，小團(tuán)聚體在流化過(guò)程中形成了更大的團(tuán)聚體，團(tuán)聚體在流化床上移動(dòng)時(shí)，它們不斷破碎并重新結(jié)合。增加流化氣體速度和降低顆粒黏附力均會(huì)增加團(tuán)聚體破碎率，從而提高顆粒團(tuán)聚體的分散度。Afkhami等[33]使用完全耦合的LES-DEM模型模擬了黏附性顆粒在湍流通道中的運(yùn)動(dòng)，如圖1-3所示，該模型采用商業(yè)計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT進(jìn)行大型渦流模擬(LES)并采用商業(yè)離散元軟件EDEM中的黏附性離散元法(adhesiveDEM)模擬顆粒相，研究了顆粒表面能和流體湍流對(duì)通道中顆粒團(tuán)聚和分散的影響。結(jié)果表明：顆粒沿湍流方向運(yùn)動(dòng)并相互接觸形成團(tuán)聚體，觀察到顆粒表面能與團(tuán)聚之間存在正相關(guān)關(guān)系，即表面能越大團(tuán)聚體尺寸越大，發(fā)現(xiàn)在近壁區(qū)域中顆粒濃度更高。

第一章緒論7圖1-3顆粒和流體的速度云圖(單位m·s1)[33]Fig.1-3Contourplotofthevelocityforboththefluidandparticlephase(m·s1)以上研究者所研究的黏附性顆粒在計(jì)算開(kāi)始時(shí)是以單體顆粒的形式釋放到流場(chǎng)中，而在加入流場(chǎng)前黏附性顆粒由于黏附力的存在極易形成團(tuán)聚體，因此模擬結(jié)果還不能夠完全反映出實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中黏附性顆粒的運(yùn)動(dòng)特征。1.4顆粒分形凝聚研究進(jìn)展分形是為了解決云、閃電和血管等歐幾里得幾何無(wú)法描述的復(fù)雜、無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)而開(kāi)發(fā)出的一種新數(shù)學(xué)工具[34]。理想的分形結(jié)構(gòu)在無(wú)限的尺度范圍內(nèi)表現(xiàn)出自相似性，例如著名的科赫雪花和謝爾賓斯基三角形。另外一些對(duì)象也被認(rèn)為具有分形結(jié)構(gòu)，它們僅在有限的尺度上表現(xiàn)出自相似性，例如樹(shù)木、肺、河網(wǎng)和膠體顆粒團(tuán)聚體[35]。分形凝聚是分形的重要研究課題之一，廣泛存在于造紙、食品、藥物、膠體和粉體等領(lǐng)域中。1.4.1常見(jiàn)的分形凝聚模型已有一些學(xué)者在運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬研究分形凝聚問(wèn)題時(shí)，為了接近實(shí)際的物理場(chǎng)景提出了眾多顆粒分形凝聚模型。根據(jù)運(yùn)動(dòng)單元是單體顆粒還是單體顆粒和團(tuán)簇(包含多個(gè)顆粒)，可以將分形凝聚模型分為單體凝聚模型和團(tuán)簇凝聚模型兩大類。主要的單體凝聚模型有Eden模型、彈射凝聚模型(BallisticAggregationmodel，BA模型)、擴(kuò)散控制凝聚模型(DiffusionLimitedAggregationmodel，DLA模型)、電介質(zhì)擊穿模型(DielectricBreakdownmodel，DBM模型)、隨機(jī)雨模型(RandomRainmodel，RR模型)、反應(yīng)控制凝聚模型(ReactionLimitedAggregationmodel，RLA模型)。主要的團(tuán)簇凝聚模型有彈射團(tuán)簇凝聚模型(BallisticCluster-ClusterAggregationmodel，Sutherland模型)、擴(kuò)散控制團(tuán)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于非并行布朗運(yùn)動(dòng)的土壤膠體分形凝聚模擬算法改進(jìn)[J]. 熊海靈,楊志敏,李航.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2015(06)
[2]擴(kuò)散模型和凝聚模型耦合作用下膠體凝聚動(dòng)力學(xué)的Monte Carlo模擬研究[J]. 熊海靈,楊志敏,李航.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2014(03)
[3]不同電解質(zhì)體系中土壤膠體凝聚動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)光散射研究[J]. 朱華玲,李兵,熊海靈,李航,賈明云.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2009(06)

博士論文
[1]表面功能化聚合物膠體顆粒在靜態(tài)條件下的穩(wěn)定性及團(tuán)聚行為研究[D]. 魏丹.華南理工大學(xué) 2012

碩士論文
[1]納米顆粒團(tuán)聚體的分形凝聚和分散行為數(shù)值模擬研究[D]. 張文博.華南理工大學(xué) 2018
[2]分形結(jié)構(gòu)顆粒團(tuán)聚體分散行為的三維離散元法數(shù)值模擬研究[D]. 吳哲浩.華南理工大學(xué) 2016
[3]基于離散元法的分散行為三維數(shù)值模擬[D]. 陶成文.華南理工大學(xué) 2014



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