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荣少山 (荣少山.)

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本文对一种新型的无网格方法——移动粒子半隐式算法开展研究。移动粒子半隐式(Moving Particle Semi-implicit method, MPS)将流体和固体壁面离散为不同性质的粒子,每个粒子代表了一定范围流场的各种物理量信息,如压力、速度、位移等。通过粒子周边粒子物理量的加权插值获得N-S方程中各个微分算子的表达式,包括梯度、散度、拉普拉斯项等。在拉格朗日坐标系下对粒子进行追踪以得到流场信息,通过计算流体表面粒子的表面张力追踪相界面的变化。MPS方法无需计算网格,对多相流动问题有很好的应用前景。为研究管内流动和颗粒流体间相互作用的多相流,本文首先模拟了无限大平板间粘性泊肃叶流动,结果和解析解对比一致,且计算精度随着粒子数的增加而提高。在此基础上将MPS方法发展至三维,模拟了三维方形通道内的泊肃叶流动,理论解对比较为吻合,验证了方法的有效性。微通道内气泡生成是生物化学研究中的重要技术,预测其内部气泡生成的过程可以改进微通道设计。为使用MPS方法模拟再现气泡生成的动态过程,对其表面张力模型的受力方向和曲率计算模型进行改进,提高受力方向计算精度,采用动态流体粒子数密度等手段使得液滴振动的验证算例结果相对于原先文献更加对称,界面更加光滑。使用改进的MPS方法成功模拟了T型微通道内Taylor气泡的生成过程,结果和实验对比较为一致,验证了表面张力模型的有效性。进而模拟了45°分叉微通道内Taylor气泡的生成,结果显示T型微通道内气泡生成效率更高。MPS方法中的粒子可以表示具有一定物理性质的颗粒,利用此特性建立了血小板在流动过程中形成血栓的模型,模拟再现了血小板受到受损壁面吸引激活后形成血栓并且在流体剪切力作用下脱落的过程。对比水平管和弯管的血栓形成过程可知,剪切力越高,越不易在受损壁面处形成血栓。入口流速越大,血小板形成越快,但也越容易脱落。

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粒子法MPS相界面追踪多相流

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  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Degree: 工学硕士

Mentor: 陈斌

Student No.:

Year: 2011

Language: Chinese

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