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

1、西安建筑科技大學碩士學位論文基于格子基于格子BoltzmannBoltzmann方法的活性粒子布朗運動的方法的活性粒子布朗運動的數(shù)值模擬研究數(shù)值模擬研究專業(yè)：供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程碩士生：姜繼鼎姜繼鼎指導老師：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”，所以也被稱為活性Janus顆粒或者自驅(qū)動Janus顆粒。Janus顆粒的這種自驅(qū)動特性使得它在微系統(tǒng)、生物、環(huán)境、醫(yī)學等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。本文基于介觀格子Boltzmann方法（LBM）及布朗運動基本理論，建立了用于研究活性粒子布朗運動的高效數(shù)值模擬方法，通過一系列數(shù)值模擬驗證了該方法的有效性，在此基礎(chǔ)上研究了濃度梯度驅(qū)動的活性Janus顆粒的運動特性。首先，以二維圓形微顆粒（直徑為10個格子單位）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動方程（郎之萬方程），模擬了普通微顆粒的純布朗運動，并取不同溫度和不同初始速度來驗證采用該方法模擬純布朗運動的合理性和有效性，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動的數(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)定并達到與周圍流體一致的熱平衡，符合布朗運動理論。顆粒運動的均方位