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多孔介质内的对流扩散现象一直以来都是人们研究的重要问题。影响多孔介质传递性质的因素很多,如多孔介质的微观结构、孔隙率、渗透率和挠曲度等,对这些参数的研究不仅有理论价值,还有直接的应用价值。由于多孔介质的结构非常复杂,迄今对这些参数性质的认识还不够准确、全面。嚣此需要用更加有效的方法对表示多孔介质的孔隙特性、输运性质的参数进行深入的研究和探索。
格子Boltzmann方法是基于流体微观模型和介观动理学模型的一种方法,对于介观尺度的研究具有独特的优势。本文应用格子Boltzmann方法模拟了多孔介质内气体的扩散过程,研究了孔隙特性对多孔介质内气体扩散的影响,包括孔隙结构、通道直径和润滑圆角这些孔隙特性对扩散过程的影响。这些探索为多孔介质的构造和微反应器孔隙特性的设计和优化提供了依据和数据支持。
挠曲度是多孔介质的重要物理参数,与孔隙度有直接关系,本文对不同孔隙率下多孔介质的挠曲度进行了研究。应用格子Boltzmann方法计算得到不同孔隙率下的挠曲度,与实验值和经验公式计算值比较,吻合很好。根据模拟值拟合得到更适合本文所产生的这种毛细管状多孔介质的经验公式。
本文还根据格子Boltzmann方法的双组份多松弛(MRT)模型建立了双组份的对流扩散程序,并用Poiseuille流动验证程序,模拟结果与解析解非常吻合。对双组份的扩散进行模拟,与文献结虹吻合良好,充分验证了双组份MRT模型的正确和有效性,为今后研究不同分子量的两组份传质打下基础。