【摘 要】
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本文致力于对拟颗粒的压缩因子、运动粘度等物性进行统计分析.拟颗粒模型是结合分子动力学和直接模拟蒙特卡罗方法的优势而提出的一种粒子方法.其应用的空间尺度小于计算流体
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本文致力于对拟颗粒的压缩因子、运动粘度等物性进行统计分析.拟颗粒模型是结合分子动力学和直接模拟蒙特卡罗方法的优势而提出的一种粒子方法.其应用的空间尺度小于计算流体力学网格而大于分子尺度.简单的分子物性推测方法难以正确地应用于拟颗粒物理属性的确定,阻碍了基于拟颗粒模拟的定量分析.正确、真实地统计测量拟颗粒物性参数将成为模拟与实验的纽带,也是完善拟颗粒模拟的重要基础.拟颗粒模型建立的微观机理表明了拟颗粒具有一些类似于分子尺度的特性.当拟颗粒系统的速度分布满足Maxwell分布时,该系统达到平衡状态.在该平衡状态下,可以统计测量得到拟颗粒的平均自由程、压缩因子等物性与拟颗粒热速度、填充率的关系.在外加力场作用下,通过统计拟颗粒在槽道流动中的平均流速可以得到拟颗粒的运动粘度.对拟颗粒运动粘度结果的分析,揭示了该统计测量方法的合理性.另一方面,为了在实际系统的模拟中体现这些物性,还对拟颗粒与固体颗粒的作用方式作了改进.现有模型以光滑刚性圆碟作为二维拟颗粒,在处理拟颗粒与固体颗粒的作用时难以保证固体颗粒的边界无滑移.本论文对固体颗粒引入旋转参数,实现了拟颗粒与固体颗粒间较为真实的作用方式.作为模型改进的尝试,对单个固体颗粒在流体中的沉降进行了二维模拟.固体颗粒逐渐沿着中心平衡位置沉降,沉降速度逐渐达到恒定.模拟结果与现有实验及模拟吻合较好.作为拟颗粒模型的实际应用,本文对呼吸时口罩周围的流场进行了模拟.组成口罩的纤维材料被离散为一些固定的颗粒,拟颗粒所代表的空气通过大气控制区和鼻腔控制区的压差形成了流动.模拟结果再现了现有口罩在设计上的缺陷,改进的新造型口罩可以明显克服流场分布不均、局部流速高等缺点,降低了微尘穿透口罩的几率.
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