约束条件下非对称二分叉网络结构的输运特性研究

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自然界中,非对称分形分叉网络结构无处不在,例如树枝的分叉,叶脉的分形,河流的流径以及人体血管的分布等等,其结构都是经历数万年时间进化而形成的,它们的流动特性、热输送特性、结构特性等成为了人们研究的热点方向。目前,分形分叉网络结构已经在散热工程、建筑工程、生物工程等工程中得到大量应用,并且都取得了良好的效果。但是对于非对称分形分叉网络结构来说,随着分叉级数的持续增大,末端部分分支会变的极细,不满足实际工程要求。为此,本文选取加入限制条件(剔除不满足要求的分支)的非对称分形二分叉网络结构为研究对象进行研究。本文中主要采用理论分析的研究方法,通过热电模拟、等效分析等方法,分别推导出了无约束条件下非对称二分叉网络结构的流阻、热阻、有效导热率和渗透率与结构几何参数的解析表达式。由于加入约束条件后公式的不统一性,本文在推导出的公式上利用VB编辑程序代码完成计算,经Origin处理数据分析讨论它们在约束下与结构参数的变化关系。概括起来,本文的结论如下:(1)对于约束条件下非对称二分叉网络结构的流阻与其结构几何参数的关系,经讨论分析发现,在加入约束条件后,分叉结构的总热阻有所减少;且综合来看当分叉结构的等效长度越长,等效半径越大时,该结构的流阻越大。(2)对于约束条件下非对称二分叉网络结构的热阻和有效导热率与其结构几何参数的关系。经讨论发现:a)分叉结构的总热阻在加入约束后有所减小,但是它随限制条件γ和长度比α的增大而增大。与半径比的变化关系为:当α_L<α_R时总热阻随着右半径比β_R的增大而增大,而当α_L>α_R时结论正好相反。b)分叉结构的有效导热率,当α_L<α_R时且β_R较大时无量纲有效导热率全小于1且随级数的增加而减小;随着β_R减小,有效导热率增大且全大于1,导热率随级数的增加而增大,同时在其它几何参数确定下有效导热率随右长度比的增大而增大。当α_L>α_R时,结论正好相反。当α_L=α_R时,有效导热率在未受到约束前保持不变,在受到约束后开始增大。(3)对于约束条件下非对称二分叉网络结构的渗透率与其结构几何参数的关系。经分析结果表明:当分叉结构的等效长度越长,等效管径越大时,其渗透率越大。限制值γ越大,无量纲渗透率有所增加。
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