铁磁粒子的有限扩散限制集团凝聚

发布时间：2020-06-01 02:08

【摘要】：近年来,由于工业生产、汽车尾气及煤炭燃烧等原因,产生了大量颗粒物和有害气体,带来了严重的环境污染问题。空气中的细小颗粒物常附带有毒物质,可通过鼻腔进入人体,对人体健康造成威胁。空气颗粒物的净化方法目前主要通过安装工业废气净化设备、汽车尾气净化器、室内空气净化器等方法,这在一定程度上提高了空气质量,但这些方式均未能有效净化空气中的细小金属颗粒。空气中细小金属颗粒常带有磁性,对人体的直接危害很大。因此,如何减少空气中的细小颗粒,尤其是减少空气中带磁性小金属粒子问题的研究刻不容缓。本文分别在无磁场和外磁场两种情况下,利用分形理论研究了具有幂次函数相互作用的铁磁粒子的有限扩散限制集团凝聚(Diffusion Limited Cluster Aggregation,简称DLCA)。分析了在不同动力参数、不同初始粒子最小间距、不同磁场强度及磁场方向下铁磁粒子的扩散限制集团凝聚团簇体的形貌及磁化强度的变化规律,这对进一步理解铁磁粒子的有限扩散限制集团凝聚机理,改善空气净化器对小金属颗粒的沉降技术具有重要的借鉴意义。本文的主要工作内容如下:1、基于DLCA模型,引入粒子的自旋自由度,研究了具有幂次函数相互作用的铁磁粒子的有限扩散限制集团凝聚,分别分析了在远程相互作用力和近程相互作用力及其它系统参数下铁磁粒子分形凝聚团簇形貌的演化规律,并从分形维数和磁化强度等方面研究了铁磁粒子凝聚团簇的物理特征。2、研究了外磁场下铁磁粒子的有限扩散限制集团凝聚,分别分析了磁场强度和磁场方向对铁磁粒子扩散限制集团凝聚团簇体形貌、磁化强度的影响。3、基于无磁性粒子的DLCA模型、无磁场时铁磁粒子的DLCA模型、外磁场下铁磁粒子的DLCA模型,利用Visual Studio和Matlab混合编程,设计开发了基于DLCA模型的粒子扩散凝聚交互式模拟软件。该模拟软件通过提取Matlab程序中的输入参数,以Visual Studio界面显示,仿真模拟在不同参数下无磁性粒子、磁性粒子、磁性粒子与无磁性粒子混合的有限扩散限制集团凝聚,直观的展示了无磁性粒子凝聚的团簇形貌及分形维数,磁性粒子、磁性粒子混合无磁性粒子的凝聚团簇的分形形貌、分形维数、上旋和下旋粒子数、磁化强度等仿真结果。
【图文】：

示意图,盒维数法,凝聚体,分形维数

逦（２．１）逡逑；２－＞00邋ｌ0ｇ２，Ｚ逡逑具体计算方法如下：如图２．１所示，用长度大小为２＊ｎ邋（７７＝１，２，３，４＂０的方逡逑格覆盖分形图形，分别计算不同《值下的覆盖有图像的方格的数量州《），令横坐逡逑ｆ邋１邋Ａ逡逑标ｊｃ（ｎ）邋＝邋ｌｏｇ邋—，纵坐标ｙ（？ｚ）＝ｌｏｇ（Ｍ：ｎ）），最后用最小二乘法求拟合直线的斜率，逡逑所得斜率的绝对值就是盒维数的值。逡逑１邋ｒ邋ｒＭ逡逑图２．１盒维数法计算ＤＬＣＡ凝聚体分形维数的示意图逡逑２．２分形生长模型逡逑２．２．１邋Ｅｄｅｎ邋模型逡逑Ｅｄｅｎ模型最初是用来研宄生物细胞群体的，后来被用来研宄森林火灾和谣逡逑言传播等问题。一般情况下，Ｅｄｅｎ模型可以在所有的晶格中模拟。逡逑５逡逑

分形生长,图形

Ｅｄｅｎ模型最初的模拟规则是：在团簇边界处随机选择一个被占据点，然后逡逑在这个被占据点的最近邻位置，随机选择其中一个未被占据的最近邻的边界处的逡逑点，进行生长模拟并重复这个过程，最后形成一个相当大的团簇，如图２．２所示。逡逑这就是Ｅｄｅｎ模型最初最简单的模拟规则。在大尺度模拟时，Ｅｄｅｎ模型会接近于逡逑一个大的“圆盘”，只有边界处的点是“活的”，，内部的点则丧失了生长功能［２４］。逡逑＃逡逑图２．２邋Ｅｄｅｎ分形生长图形逡逑２．２．２邋ＤＬＡ邋模型逡逑有限扩散凝聚（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ邋Ｌｉｍｉｔｅｄ邋Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ，简称ＤＬＡ）模型具有模型简单、逡逑易于实现的优点，可以很好的模拟很多自然界中的分形生长现象，得到了广泛的逡逑应用。逡逑ＤＬＡ模型的运动规则是逡逑１．
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X51

【参考文献】