介观传热的耗散粒子动力学基础研究

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对自然界的描述层次除了分子层次和宏观层次之外,还有介观层次。之所以选取介观层次来进行描述,是因为自然界中很多现象与介观结构、行为相关,如聚合物流变、嵌段共聚物介观相分离、悬浮液等等。耗散粒子动力学模拟(Dissipative Particle Dynamics,DPD)即是基于这个层次。此外,DPD是基于粒子的一类方法,所以在模拟复杂流体领域有着先天的优势。标准DPD只能用于等温模拟,称为DPD-e模型。1997年经Espa ol和Avalos、Mackie改进之后才用于传热现象的模拟(Dissipative Particle Dynamics With Energy Conservation,DPD+e),当粒子不运动时,模型退化为HC-DPD(Heat Conduction In Dissipative ParticleDynamics)。本文基于以上模型,对一维、二维导热现象以及强制层流对流换热现象进行了模拟研究。本文主要工作内容:(1)使用HC-DPD研究了一维瞬态导热现象,验证了介观热扩散系数与宏观热扩散系数之间的理论关系式。使用该模型模拟了三种边界条件下二维导热现象,得到了与FLUENT软件一致的温度分布。(2)使用DPD+e研究了一维瞬态导热现象,在介观热扩散系数不变的情况下,得到了与HC-DPD一致的宏观热扩散系数。(3)使用DPD-e模拟了泊肃叶流动,成功地实施了无滑移边界条件,得到了与理论解一致的速度分布。(4)使用DPD+e模拟了强制层流对流换热,得到了其无量纲温度分布,并依此计算得到了与理论值一致的努歇尔数。
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