基于分形维数的纳米颗粒聚团曳力模型研究

发布时间：2020-03-29 03:54

【摘要】：纳米颗粒流化聚团的内部结构相对复杂,目前缺少对其内部结构的合理描述。本文通过分形理论描述聚团的结构特点,基于分形理论构建纳米聚团结构模型,对聚团内部孔隙率和渗透率的分布情况进行描述,分析聚团的流动和受力情况。本文对不同工况条件下气体穿过单颗粒纳米聚团的流动和受力特性进行数值研究,主要分析了流体的速度和压力分布规律及曳力系数变化情况,通过与其它文献的实验和模拟结果进行比较,得到基于雷诺数和分形维数的曳力系数模型。低雷诺数下,分形维数高的聚团内部平均渗透率越小,气体较难穿透纳米聚团,气体在聚团表面产生绕流现象。纳米聚团的曳力系数随分形维数的增加而增加,其曳力系数均小于相同状况下实心球的曳力系数,即曳力系数比始终小于1。低雷诺数下的曳力系数比与雷诺数无关,只与影响聚团内部渗透率的分形维数或渗透率比相关。不同渗透率模型对曳力系数比影响较大,且不同渗透率模型的适用条件有所不同。中等雷诺数下,气体在穿过纳米聚团后除了绕流和穿透作用外,还会有一部分气体在尾部回流至纳米聚团的内部。这一现象可能使得曳力系数在一定的雷诺数和分形维数下大于实心球的曳力系数,出现了曳力系数比大于1的情况。曳力系数比随渗透率比随渗透率比增加达到峰值后逐渐减小并趋于稳定。本文基于分形维数建立了不同雷诺条件下的聚团曳力模型,对比其它聚团曳力模型,在描述聚团的流动特性和受力特性的同时,更能体现出纳米聚团的分形的结构特点。所建模型对纳米聚团的流体力学特性描述更为准确,能够为纳米聚团的流动和受力研究提供一定的参考。
【图文】：

课题研究流程图

哈尔滨工业大学硕士学位论文2 章 纳米聚团数值模拟方法及模型物理模型聚团的结构特性，将聚团假想为具有一定渗透率和孔设：固定不动；在多孔球周围绕流，并且可以穿透多孔球；虑其它力的影响。研究中，，流体的雷诺数分布范围较广，气体绕多孔聚为是层流流动，中等雷诺数下认为是湍流流动。将多流动和外部流动，多孔聚团的示意图如图 2-1 所示。多程有所不同，多孔聚团外部区域应用质量守恒方程和场，多孔聚团内部区域应用多孔介质模型表述其流动
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

【参考文献】

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1 陈景先;21世纪的新材料——纳米材料[J];世界有色金属;1999年01期

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2 吴畅;纳米颗粒底部流化聚团内部结构的研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

本文编号：2605401