流道颗粒动力学

前言 常用基本符号说明 第1章 绪论1 1.1 背景与意义1 1.1.1 微流控系统中颗粒的分离、捕获与聚焦1 1.1.2 流式细胞仪2 1.1.3 颗粒成链对纳流体强化传热特性的影响2 1.1.4 研究流道颗粒动力学的意义3 1.2 研究进展3 1.2.1 颗粒在牛顿流体中的迁移4 1.2.2 颗粒在非牛顿流体中的迁移10 1.2.3 颗粒自组织成链18 参考文献21 第2章 基本理论与数值模拟方法30 2.1 非牛顿流体基本理论30 2.1.1 非牛顿流体本构模型30 2.1.2 非牛顿流体主要特性及参数33 2.2 格子Boltzmann方法36 2.2.1 格子Boltzmann方程36 2.2.2 边界条件38 2.2.3 水动力及力矩计算44 2.2.4 碰撞模型45 2.3 格子Boltzmann方法在非牛顿流体中的应用46 2.3.1 幂律流体中的应变率和弛豫时间46 2.3.2 Bingham流体中的应变率和弛豫时间47 2.3.3 在黏弹性Oldroyd-B模型流体中的应用47 2.4 虚拟区域方法49 2.4.1 控制方程49 2.4.2 离散格式51 2.5 虚拟区域方法在黏弹性Giesekus流体中的应用53 2.5.1 控制方程53 2.5.2 离散格式54 2.5.3 椭球颗粒的平动与转动55 2.5.4 颗粒碰撞56 2.5.5 算法验证59 2.6 Segré-Silberberg效应的理论分析62 2.6.1 惯性横向力62 2.6.2 颗粒的平衡位置63 参考文献64 第3章 牛顿流体二维槽道流中的颗粒迁移67 3.1 圆形颗粒迁移的数值模拟方法验证67 3.1.1 单个颗粒的迁移67 3.1.2 两个颗粒在简单剪切流中的迁移68 3.1.3 多个颗粒在槽道流中的单排成链68 3.1.4 多个颗粒在槽道流中的交错成链69 3.2 圆形颗粒的迁移与成链69 3.2.1 单排分布颗粒对70 3.2.2 交错分布颗粒对70 3.2.3 单排分布颗粒的成链71 3.2.4 交错分布颗粒的成链78 3.3 椭圆形颗粒的迁移与成链85 3.3.1 流场描述85 3.3.2 数值模拟方法验证86 3.3.3 单椭圆颗粒的迁移86 3.3.4 单排分布颗粒链的形成89 3.3.5 交错分布颗粒链的形成96 3.4 矩形颗粒对的迁移103 3.4.1 矩形颗粒对的描述及模拟方法验证103 3.4.2 单个颗粒的迁移104 3.4.3 颗粒对的间距和取向变化105 3.4.4 颗粒长宽比和Re数对颗粒惯性聚焦和旋转的影响107 参考文献109 第4章 幂律流体二维槽道流中的颗粒迁移111 4.1 幂律流体及颗粒迁移模拟方法验证111 4.1.1 幂律流体二维槽道流速度分布111 4.1.2 幂律流体方腔顶部驱动流速度分布112 4.1.3 幂律流体Couette流中颗粒的迁移轨迹112 4.2 圆形颗粒的迁移与成链113 4.2.1 单个圆形颗粒的惯性迁移113 4.2.2 圆形颗粒单排颗粒链的形成114 4.2.3 圆形颗粒交错颗粒链的形成123 4.3 圆形颗粒在简单剪切流中的迁移128 4.3.1 流场描述与单颗粒迁移128 4.3.2 幂律指数对三个颗粒迁移的影响129 4.3.3 Re数对三个颗粒迁移的影响130 4.3.4 阻塞率对三个颗粒迁移的影响133 4.4 椭圆和矩形颗粒的迁移137 4.4.1 流场描述与模拟方法验证137 4.4.2 幂律指数对颗粒迁移的影响138 4.4.3 颗粒长径比对颗粒迁移的影响140 4.4.4 阻塞率对颗粒迁移的影响143 4.4.5 Re数对颗粒迁移的影响145 4.5 双尺度颗粒对的迁移148 4.5.1 流场描述与模拟方法验证148 4.5.2 幂律指数对颗粒迁移的影响150 4.5.3 Re数对颗粒迁移的影响151 4.5.4 影响颗粒间距达到稳定状态的因素152 参考文献154 第5章 非牛顿流体矩形通道流中的颗粒迁移156 5.1 幂律流体矩形通道流场颗粒迁移模拟方法验证156 5.1.1 流场描述156 5.1.2 幂律流体矩形通道流速度剖面验证156 5.1.3 颗粒在牛顿流体方形通道中平衡位置验证157 5.1.4 颗粒在牛顿流体方形通道中的轨迹及网格数无关性验证158 5.2 幂律流体方形通道流中的颗粒迁移158 5.2.1 幂律指数对颗粒轨迹的影响158 5.2.2 Re数对颗粒轨迹的影响160 5.2.3 颗粒的平衡位置160 5.2.4 Re数、幂律指数和阻塞率对颗粒迁移距离的影响162 ……