基于涨落-格子Boltzmann方法的微颗粒布朗运动和泳动的模拟研究

发布时间：2021-07-10 20:48

　　自驱动Janus颗粒是一种人工合成的活性微纳米颗粒,在微纳米马达领域具有潜在的应用前景。本文基于涨落-格子Boltzmann方法（FLB）,研究了Janus颗粒的数值模拟方法及其运动特性。微纳米尺度下Janus颗粒的自驱运动是一种复杂的多场耦合运动,其运动实质是自驱运动和布朗运动的叠加,因此模拟布朗运动是考察Janus颗粒运动机理的基础与前提。此外,为了更好地控制颗粒运动,且考虑到制备工艺的限制,Janus颗粒的实际形状不仅限于球形,因此在布朗运动的数值研究中也要考虑颗粒形状的影响。首先,采用FLB方法对球形、非球形颗粒（三维）的布朗运动直接进行数值模拟。通过将球形颗粒模拟结果分别与理论和实验值对比,验证了FLB模型的有效性,并分析了不同形状非球形颗粒（包括不同长宽比的椭球形和圆柱形颗粒）的布朗运动特性,发现椭球形、圆柱形颗粒虽具有各向异性,但仍遵守能量均分定理。非球形颗粒的速度、角速度自相关函数仍具有长时尾效应,且速度自相关函数只与颗粒质量有关,不受颗粒形状的影响。此外,当颗粒的长短比很低时,扩散系数对形状不敏感。这些发现都为进一步开展基于布朗运动的Janus颗粒自驱运动研究奠定了基... 

【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

在H2O2溶液中通过自电泳机理自发运动的Au-Pt型Janus颗粒[5]

H2O2溶液中通过自扩散泳机理自发运动的 SiO2-Pt 型 Jan多基于扩散泳机理的 Janus 颗粒被提出。Pavlick Au-SiO2型 Janus 颗粒，同样可以观察到自驱动现自扩散泳机理制造出了微泵，可以在微尺度下驱动述梯度差得到推动力外，人工合成活性颗粒还可这种运动机理称为自热泳[20]，颗粒运动的速度与温距今已有约 100 年的历史，但在之前的研究中，动的颗粒。Jiang 等[21]在 2010 年根据 Janus 颗粒对单颗粒的自热泳动。Baraban 等[22]通过在 SiO2颗交变磁场，在颗粒两侧产生局部温差，控制 SiO2颗

O2溶液中通过自扩散泳机理自发运动的 SiO2-Pt 型 J基于扩散泳机理的 Janus 颗粒被提出。Pavlicu-SiO2型 Janus 颗粒，同样可以观察到自驱动扩散泳机理制造出了微泵，可以在微尺度下驱梯度差得到推动力外，人工合成活性颗粒还可种运动机理称为自热泳[20]，颗粒运动的速度与今已有约 100 年的历史，但在之前的研究中的颗粒。Jiang 等[21]在 2010 年根据 Janus 颗粒颗粒的自热泳动。Baraban 等[22]通过在 SiO2变磁场，在颗粒两侧产生局部温差，控制 SiO2

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于能量均分原理的微颗粒布朗运动LBM模拟[J]. 张鸿雁,姜继鼎,朱洪宇,崔海航,陈力.  西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]基于格子Boltzmann方法的自驱动Janus颗粒扩散泳力[J]. 周光雨,陈力,张鸿雁,崔海航.  物理学报. 2017(08)
[3]Janus颗粒有效扩散系数的实验研究[J]. 武美玲,郑旭,崔海航,李战华.  水动力学研究与进展A辑. 2014(03)
[4]非球形颗粒布朗运动的涨落-格子Boltzmann数值研究[J]. 聂德明,林建忠.  计算物理. 2012(01)
[5]模拟颗粒布朗运动的格子Boltzmann模型[J]. 聂德明,林建忠.  浙江大学学报(工学版). 2009(08)

硕士论文
[1]自驱动Janus颗粒运动特性实验与数值模拟研究[D]. 谭晓君.西安建筑科技大学 2015



本文编号：3276636