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微管流中双囊泡惯性迁移的有限元分析
1
作者 刘烨琳 郝鹏 丁明明 《计算物理》 CSCD 北大核心 2024年第4期463-471,共9页
采用基于流固耦合的有限元方法,对二维模型中的双囊泡组合在微管流中惯性迁移现象进行系统研究。研究结果表明:初始位置对称的两个圆形囊泡惯性迁移的平衡位置始终关于管道中央对称,且随着雷诺数(Re)的增加,其平衡位置会越来越靠近管道... 采用基于流固耦合的有限元方法,对二维模型中的双囊泡组合在微管流中惯性迁移现象进行系统研究。研究结果表明:初始位置对称的两个圆形囊泡惯性迁移的平衡位置始终关于管道中央对称,且随着雷诺数(Re)的增加,其平衡位置会越来越靠近管道中央。其次,对由圆形囊泡和椭圆形囊泡组成的双囊泡体系,当圆形囊泡和椭圆形囊泡初始位置分别位于管道两侧时,圆形囊泡惯性迁移的平衡位置随着雷诺数的增加几乎不变,但椭圆形囊泡向管道中心偏移并跨过中心向管道另一侧偏移,最后随着雷诺数的增加而缓慢向壁面移动,并在Re≥500时,椭圆形囊泡的径向位移达到最大值。当圆形囊泡和椭圆形囊泡位于管道同侧时,随着雷诺数的增加,无论椭圆形囊泡是前置或后置,其最终平衡位置更接近管道壁面。根据囊泡的受力阐释了其背后的物理机制,相关结果可促进惯性微流控技术在囊泡的精准分离和操控等方面的应用。 展开更多
关键词 双囊泡 惯性迁移 有限元
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格子玻尔兹曼方法模拟弯流道中粒子的惯性迁移行为 被引量：5
2
作者 孙东科 项楠 +1 位作者 陈科 倪中华 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期391-399,共9页
本文发展了一个能够模拟微流场环境下粒子惯性迁移行为的三维耦合模型.该模型采用基于动理论的格子玻尔兹曼方法(LBM)描述流体流动,采用牛顿动力学模型描述粒子的平动和转动,采用基于LBM反弹格式的运动边界法实现流体与粒子模型的耦合.... 本文发展了一个能够模拟微流场环境下粒子惯性迁移行为的三维耦合模型.该模型采用基于动理论的格子玻尔兹曼方法(LBM)描述流体流动,采用牛顿动力学模型描述粒子的平动和转动,采用基于LBM反弹格式的运动边界法实现流体与粒子模型的耦合.模拟了重力作用下粒子的沉降过程和Couette流条件下粒子的转动过程,通过将模拟结果与文献中的基准解进行对比定量验证了模型的可靠性.模拟了不同大小的球形粒子在环形流道中的迁移,成功复现了经典的流道截面二次流形成过程,分析了粒径大小对粒子在流道中平衡位置的影响机理.结果表明,粒子在弯流道中的平衡位置与粒径大小密切相关,小半径粒子的平衡位置靠近流道外侧而大半径粒子则靠近流道内侧.通过实验对模拟结果进行了定性验证.本模型为深入研究微流场环境下粒子的运动特性以及开发微流控粒子分选器件提供了参考依据. 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼方法 流固耦合 惯性迁移 弯流道
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高分子囊泡在微管流中惯性迁移现象的有限元分析 被引量：1
3
作者 郝鹏 张丽丽 丁明明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第18期363-370,共8页
采用基于流固耦合的有限元方法,对二维模型中高分子囊泡在微管流中惯性迁移现象进行了系统研究,分析了囊泡因受到流体作用力而形变并发生惯性迁移现象的机理.研究表明:随着雷诺数的增大,囊泡惯性迁移的平衡位置离其初始位置越来越远;随... 采用基于流固耦合的有限元方法,对二维模型中高分子囊泡在微管流中惯性迁移现象进行了系统研究,分析了囊泡因受到流体作用力而形变并发生惯性迁移现象的机理.研究表明:随着雷诺数的增大,囊泡惯性迁移的平衡位置离其初始位置越来越远;随着阻塞比的增加,囊泡惯性迁移后的平衡位置越来越接近壁面.对于囊泡膜的模量和黏度以及膜厚,结果表明模量和黏度决定了囊泡的变形程度,模量对囊泡平衡位置影响较小,但增大黏度和膜厚会促进囊泡的平衡位置偏向管道中心.本研究有助于进一步明晰囊泡在惯性迁移过程中的形变和平衡位置,为囊泡在药物输运、化学反应和生理过程的应用提供可靠的计算依据. 展开更多
关键词 惯性迁移 高分子囊泡 有限元 雷诺数
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方管中中性回转扁球颗粒纵横比对平衡位置的影响
4
作者 李洋 梁宏 夏振华 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2022年第10期87-99,共13页
本文使用多松弛格子Boltzmann方法对方管中中性回转扁球颗粒的惯性迁移进行了数值模拟.研究了不同初始位置、初始朝向和雷诺数Re下,扁球颗粒的纵横比AR对平衡位置的影响.这里考虑了AR=0.5,0.75,1等三种不同的纵横比.与之前研究不同的是... 本文使用多松弛格子Boltzmann方法对方管中中性回转扁球颗粒的惯性迁移进行了数值模拟.研究了不同初始位置、初始朝向和雷诺数Re下,扁球颗粒的纵横比AR对平衡位置的影响.这里考虑了AR=0.5,0.75,1等三种不同的纵横比.与之前研究不同的是,这里调节AR时仅改变回转扁球颗粒的半短轴长度(极轴半径),而半长轴长度(赤道半径)保持不变,因此颗粒的体积和质量会随着AR的增加而增加.在低雷诺数(Re=80)下,受初始位置和初始朝向影响,颗粒存在翻转模态、滚动模态和倾斜滚动等三种运动模态.虽然运动模态不一样,但是不同AR的颗粒在达到稳态后都具有相同的旋转直径.在翻转模态下,AR会影响扁球颗粒的平衡位置,随着AR的增大,颗粒的平衡位置会逐渐靠近管道中心.在倾斜滚动模态下,AR会部分影响颗粒的平衡位置,当AR从0.5变化到0.75,颗粒相应的平衡位置几乎保持不变,而球形颗粒(AR=1)的平衡位置则更靠近管道中心.而在滚动模态下,AR几乎不影响颗粒的平衡位置.此外,我们还发现相同模态下,颗粒的平衡位置在40≤Re≤160范围内会随着Re的增加而向壁面靠近. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 纵横比 旋转直径 惯性迁移 回转扁球颗粒 方管
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方管中中性悬浮颗粒惯性迁移现象的数值研究
5
作者 姚同林 余钊圣 邵雪明 《机电工程》 CAS 2014年第3期301-305,共5页
针对方管中中性悬浮颗粒（颗粒与流体密度等于1）的惯性迁移现象问题,采用并行虚拟区域方法（DF/FD）进行了完全直接数值模拟.选取了周期性管长（L=2H）和3种不同粒径大小的球形颗粒,模拟研究了颗粒在Re为100～1 500范围内的方腔管道中... 针对方管中中性悬浮颗粒（颗粒与流体密度等于1）的惯性迁移现象问题,采用并行虚拟区域方法（DF/FD）进行了完全直接数值模拟.选取了周期性管长（L=2H）和3种不同粒径大小的球形颗粒,模拟研究了颗粒在Re为100～1 500范围内的方腔管道中的惯性迁移过程,确定了颗粒的迁移轨迹和平衡位置,以及粒径对颗粒惯性迁移现象的影响,并与圆管、槽道流结果进行了对比.研究结果表明：颗粒迁移后的平衡位置主要分为方管对角线和边线中间两种;随着雷诺数的增加,对角线上的平衡位置愈靠近角落,颗粒粒径越小,离角落越近;边线中间的平衡位置则先靠近壁面,当Re增加到800左右,颗粒的平衡位置开始远离壁面向方管中心迁移,大颗粒即粒径比a/H=0.15表现的最为明显,会形成类似于圆管中的内部平衡位置. 展开更多
关键词 虚拟区域法 惯性迁移 颗粒悬浮流
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