微液滴动力学特性的耗散粒子动力学模拟

对传统的耗散粒子动力学方法进行了改进.改进的耗散粒子动力学方法采用了包含远程吸引力和近距排斥力的保守力势函数,从而使得用耗散粒子动力学方法模拟多相流动成为可能.应用改进的耗散粒子动力学方法,对微尺度下液滴的形成及液滴在微重力下的大幅度振荡变形进行了数值模拟.计算结果表明,改进的耗散粒子动力学(DPD)方法能够有效地描述微尺度下液滴的动力学特性,对研究复杂流体多相流动有着重要的意义. 关键词： 多相流 微液滴 耗散粒子动力学(DPD)方法 保守力势函数     

介观尺度通道内多相流动的耗散粒子动力学模拟

采用四次方光滑函数构造了包含远程吸引近距排斥的保守力势函数, 应用该势函数, 采用耗散粒子动力学方法, 对十字型微通道内的多相流动进行了计算. 计算结果表明, 该势函数能有效模拟十字型微通道内的流动过程及模式. 关键词： 多相流 耗散粒子动力学 保守力势函数     

耗散粒子动力学GPU并行计算研究

研究了耗散粒子动力学基于计算统一设备架构的图形处理器(GPU)并行计算的实施.对其中涉及的算法映射模型、Cell-List法数组的并行化更新、随机数生成、存储器访问优化、负载平衡等进行了详细的讨论.进一步模拟了Poiseuille流动和突扩突缩流动,从而验证了GPU计算结果的正确性.计算结果表明,相对于基于中央处理器的串行计算,在耗散粒子动力学中实施GPU并行计算可以获得约20倍的加速比.     

微通道中高分子溶液Poiseuille流的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法模拟了微通道中高分子溶液的Poiseuille流动.研究表明, 微通道中的高分子溶液呈现非牛顿流体特性, 可以用幂律流体来描述流动行为, 高分子浓度越大, 幂律指数n 越小. 高分子链与壁面的流体动力学相互作用以及布朗扩散率梯度控制着高分子链的横向迁移. 由于传统的DPD方法中壁面诱导的流体动力学作用部分被屏蔽, 高分子链将向壁面方向迁移, 并且随着流场增强, 高分子链向壁面方向迁移越明显. 未被屏蔽的流体动力学相互作用和布朗扩散率梯度相互竞争, 使高分子链在微通道内的质心分布呈双峰状, 通道中心处高分子浓度出现局部最小值. 当通道宽度减小、强受限时, 壁面与高分子链间的流体动力学相互作用可能全部被屏蔽, 而布朗扩散运动弱, 高分子向壁面方向有微弱的迁移. 关键词： 耗散粒子动力学 高分子溶液 非牛顿流体 横向迁移     

垂直振动床中的能量传递与耗散

本文采用数值方法分析了一维垂直振动床内颗粒动能/温度、能量耗散以及体积分数的分布规律.离散元模拟结果表明:当床底做低频、小振幅振动时,床层内颗粒整体随床底上下运动,沿床高方向颗粒动能逐渐增加;对于高频振动,床层内的颗粒做无规则的运动,沿床高方向颗粒动能逐渐降低.在不同振动频率(高频、低频)下体积分数、能量耗散也表现出不同的分布规律.将离散元模拟结果与动力学理论计算值对比,当系统做高频振动时,两模型所得结果基本吻合;而对于低频、小振幅振动,所得结果存在较大差异.由于低频、小振幅振动时床内颗粒并非做无规则运动,动力学理论的适用性需进一步完善.     

数值模拟颗粒旋转对流化床内气固两相流动特性的影响

流化床内颗粒自旋转将影响颗粒相的流动特性.本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉-欧拉气固多相流模型,考虑颗粒自旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响,数值模拟流化床内气体颗粒两相流动特性.计算结果表明颗粒的自旋转使得床内更容易形成气泡,颗粒浓度分布变化增大.颗粒自旋转运动将导致床内非均匀结构更明显.     

耗散粒子动力学中施加无滑移边界条件的新方法

在耗散粒子动力学(DPD)中施加无滑移边界条件是较困难的,本文提出了一种新的处理方法来实现无滑移边界条件.通过选取合适的壁面与流体粒子之间的保守力系数可以控制近壁面区的粒子数,从而可以使密度波动降低至极小值,实现无滑移边界条件.通过该方法模拟泊肃叶流动求得的流体性质与通过使用Lees-Edwards边界条件模拟剪切流动所求得的流体性质一致,证明了该方法的可靠性.     

耗散粒子动力学模拟方法在软物质体系研究中的一些进展与应用

软物质是指处于固体和理想流体之间的复杂态物质,主要包括聚合物、表面活性剂、液晶、胶体悬浮液、以及生物大分子等。软物质能够对外界微小的作用产生强烈的非线性响应,并展现出丰富的有序自组装相态。作为一种新颖的模拟技术,耗散粒子动力学方法非常适合在介观尺度上对软物质体系的复杂行为进行合理的描述。本文对耗散粒子动力学模拟方法的发展及一些应用进行了系统评述。耗散粒子动力学模拟方法体现了分子动力学与格子Boltzmann模型的优点,通过与其它理论模型（如Flory-Huggins理论、Smoothed particle hydrodynamics模型等）相结合,该方法能够在介观尺度上有效地研究聚合物熔体和溶液体系、生物膜及囊泡体系以及胶体悬浮液等体系的行为。这些研究结果,对新材料的研发、特殊材料的制备、以及材料加工条件的选择具有十分重要的科学意义和实际应用价值。     

介观尺度流体绕流球体的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对两平行平板间流体绕流三维球体进行了计算. 球体和平行平板由达到平衡状态的冻结DPD粒子组成, 流体在不同无量纲外力驱动下流动, 球体受力由组成球体的所有冻结DPD粒子求和得到. 流动达到充分发展后, 输出球体在流动方向的受力, 并计算球体的阻力系数, 与文献中的关联式进行了对比. 结果表明, 在Re≤qslant 100的范围内, DPD方法能较准确地计算出阻力系数, 在较大雷诺数时, 由于流     

介观尺度流体绕流球体的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对两平行平板间流体绕流三维球体进行了计算. 球体和平行平板由达到平衡状态的冻结DPD粒子组成, 流体在不同无量纲外力驱动下流动, 球体受力由组成球体的所有冻结DPD粒子求和得到. 流动达到充分发展后, 输出球体在流动方向的受力, 并计算球体的阻力系数, 与文献中的关联式进行了对比. 结果表明, 在Re≤qslant 100的范围内, DPD方法能较准确地计算出阻力系数, 在较大雷诺数时, 由于流体的压缩性导致计算结果出现差异.     

溶解椭圆颗粒沉降的介观尺度数值模拟

在任意拉格朗日欧拉(ALE)算法模拟有热对流影响的颗粒两相流动的直接数值模拟基础上, 通过建立颗粒溶解速度和颗粒表面热流密度的关系, 对溶解的椭圆颗粒在垂直管道内牛顿流体中的沉降进行了直接数值模拟. 计算结果表明:与等温惰性椭圆颗粒沉降相比, 流体的对流运动、颗粒质量以及形状的变化等因素使溶解的椭圆颗粒在不同初始角度沉降时, 颗粒沉降动态尾迹、颗粒受力、颗粒沉降速度等都发了较大变化.     

固体粒子在直流式除尘器中湍流脉动的数值模拟

本文对直流除尘器涡室内固体粒子的湍流脉动现象进行了数值分析,通过气体速度随机脉动谱,把气相湍流运动对固体粒子运动的影响引入粒子的运动平衡方程中,用拉格朗日法模拟了粒子的轨迹及其扩散运动,应用四阶龙科库塔方法求解粒子的运动方程。计算结果表明对粒子的数值模拟可以较好地预测除尘器的性能,如除尘器的切割粒径。     

进口浓度对水力旋流器颗粒分级的影响

通过对水力旋流器内液固多相流动的固体颗粒运动进行理论分析、数值模拟和实验测试,探讨了进口颗粒浓度对采用水力旋流器进行高炉污泥颗粒分级的影响。液固多相流动的数值模拟证实,固体颗粒在水力旋流器内的径向沉降速度近似与颗粒粒径的平方成正比。实验给出了不同进口浓度的颗粒分级效率曲线。本文的实验结果、数值模拟结果以及颗粒离心沉降的理论分析都表明,进口浓度对水力旋流器内高炉污泥的颗粒分级影响不大,该结果诠释了在高炉污泥脱锌操作所考虑的颗粒浓度范围内为什么低浓度下水力旋流器颗粒分级的数值模拟结果与较高浓度下的实验结果基本一致。     

流化床内单个颗粒传热特性的模拟

单个颗粒的传热过程对于燃煤流化床锅炉中煤的着火和随后的燃烧过程具有重要的影响。本文建立了一个基于Euler-Lagrange方法的数学模型对其进行了数值研究。该模型对流体相的运动和传热规律以Euler。方法描述,对固体颗粒相则以近年来发展起来的离散单元方法(DEM)在颗粒层次上进行描述。研究结果表明颗粒与床层之间有很高的传热系数。另外,对单个颗粒温度变化过程的模拟研究表明,颗粒经过较短的时间便能接近床层的温度,且不同颗粒具有类似的温度变化特性。     

Numerical Analysis of Photoinduced Surface Relief Grating Formation by Particle Method

The time evolution of photoinduced surface relief grating formation on azobenzene polymer films is analyzed by particle method for fluid mechanics. The surface relief grating is grown by using two beams interference with various polarization states numerically and compared with experimental results. The force acted on the dipole by electromagnetic field and surface force are considered as the driving force for photoinduced mass transport. The improved surface tension model is proposed in order to calculate curvature coefficient. The numerical results are coincided with experimental results qualititatively.     

Mie理论在生物组织散射特性分析中的应用

根据等效颗粒散射模型，运用经典的Mie理论，对生物组织的散射相函数、各向异性因子及散射系数进行了数值计算.计算结果表明：可见光照射生物组织时，各向异性因子、散射系数随等效颗粒直径增大而增大；等效颗粒直径较小时，各向异性因子、散射系数随入射光波长增大而单调减小；随着等效颗粒直径增大，各向异性因子、散射系数随入射光波长变化不再具有单调性.上述计算结果可合理解释公布的实验结果. 关键词： 生物组织 散射 Mie理论 等效颗粒     

正冲击波后固壁表面颗粒的上升运动

为揭示固壁表面颗粒的冲击波夹卷本质，模拟垂直于固壁表面的正冲击波后单个颗粒的上升运动。假定颗粒初始时刻处于气载状态（因波的反射或碰撞离开壁面），受Saffman升力、气动阻力和重力作用。模型方程为波后定常气流边界层方程和颗粒运动常微分方程，分别用单参数法和四阶龙格库塔法求解。计算颗粒速度与轨迹表明：颗粒的冲击波卷扬动力，源于边界层内强剪切流提供的Saffman力；在所考察的冲击波强度和颗粒尺寸范围内，颗粒的上升高度不依赖于冲击波强度；上升高度按颗粒尺寸变化，即尺寸越大，高度越大。比较分析单颗粒和颗粒层的结果，认为实验中颗粒云内大尺寸颗粒少的原因是由于这些颗粒不易从颗粒层中逸出。部分计算结果与实验结果较为符合，验证了所建模型与假设的合理性。     

离轴微粒场全息术中记录介质分辨率要求

本文从离轴微粒场全息记录光路的一般模型出发,导出了离轴微粒场全息术中记录介质分辨率要求的普遍公式。讨论了三种典型形状微粒对记录介质的分辨率要求。结果表明,除了参考光的倾角外,微粒的尺寸和参、物光的波前曲率差及微粒重心偏离光轴的距离也都是影响记录介质分辨率要求的主要因素。     

微流动细胞颗粒中介电泳力的分析

介电泳分离方法的研究在微电子机械系统及生物领域具有广泛的应用前景.本文对介电泳作用下细胞颗粒在微通道电解溶液内流动进行了理论分析,对作用在分离流动方向细胞颗粒上的介电泳力和粘性力进行了分析.模拟了交流电场在频率1000 kHz微通道内三维电势分布和不同时间的介电泳力分布变化.     

风沙运动的DPM数值模拟

采用离散颗粒模型对风沙气固两相流动进行了数值计算．在该模型中,采用体平均的Navier-Stokes方程来描述气相的运动,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟,求解颗粒运动方程．采用硬球模型描述颗粒问碰撞作用．计算结果表明,沙粒平均水平速度廓线在0．02 m以上高度可以表示为按对数函数或幂函数规律增加,在0．02 m以下则发生偏离;在大于0．02 m的高度,输沙通量随高度按指数规律衰减,而在地面附近由于颗粒蠕移的影响发生偏离,这与已有文献结果一致。本文的模拟有助于风沙运动规律的研究与掌握。