基于格子Boltzmann方法的活性粒子布朗運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文基于格子基于格子BoltzmannBoltzmann方法的活性粒子布朗運(yùn)動(dòng)的方法的活性粒子布朗運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究數(shù)值模擬研究專業(yè)：供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程碩士生：姜繼鼎姜繼鼎指導(dǎo)老師：張鴻雁張鴻雁陳力陳力摘要Janus顆粒作為活性布朗粒子的典型代表在近年來的科研領(lǐng)域備受關(guān)注。它是由物理或化學(xué)性質(zhì)不同的兩部分人工合成的顆粒，由于Janus顆粒可以利用自身兩側(cè)性質(zhì)的差異在周圍場的梯

2、度作用下產(chǎn)生不同類型的“泳動(dòng)”，所以也被稱為活性Janus顆?；蛘咦则?qū)動(dòng)Janus顆粒。Janus顆粒的這種自驅(qū)動(dòng)特性使得它在微系統(tǒng)、生物、環(huán)境、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。本文基于介觀格子Boltzmann方法（LBM）及布朗運(yùn)動(dòng)基本理論，建立了用于研究活性粒子布朗運(yùn)動(dòng)的高效數(shù)值模擬方法，通過一系列數(shù)值模擬驗(yàn)證了該方法的有效性，在此基礎(chǔ)上研究了濃度梯度驅(qū)動(dòng)的活性Janus顆粒的運(yùn)動(dòng)特性。首先，以二維圓形微顆粒（直徑為10個(gè)格子單位）為研

3、究對象，借助LBM及虛擬流（GF）浸沒邊界格式，采用修正布朗力的手段修正了顆粒運(yùn)動(dòng)方程（郎之萬方程），模擬了普通微顆粒的純布朗運(yùn)動(dòng)，并取不同溫度和不同初始速度來驗(yàn)證采用該方法模擬純布朗運(yùn)動(dòng)的合理性和有效性，建立了一種新的采用LBM并結(jié)合GF邊界格式來模擬微顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬方法。模擬結(jié)果表明：在不同溫度和不同初速度的情況下，常規(guī)圓形微顆粒在布朗力的作用下最終都能趨于穩(wěn)定并達(dá)到與周圍流體一致的熱平衡，符合布朗運(yùn)動(dòng)理論。顆粒運(yùn)動(dòng)的均方位