多級(jí)分叉是自然界中廣泛存在的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如燃?xì)馔L(fēng)空調(diào)管路、給排水管網(wǎng)、多級(jí)河道及人體的呼吸系統(tǒng)等。鑒于分叉網(wǎng)絡(luò)所特有的跨尺度特性,目前已開(kāi)展了大量相關(guān)研究,但受其級(jí)數(shù)眾多的限制,通常僅能針對(duì)局部管路的流動(dòng)特性進(jìn)行詳細(xì)研究。當(dāng)流動(dòng)與顆粒物輸運(yùn)同時(shí)存在時(shí),所要模擬的顆粒的數(shù)量與級(jí)數(shù)之間呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng),求解這一類(lèi)輸運(yùn)問(wèn)題難度更大。人體的下呼吸道就是此類(lèi)典型的分叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),研究微細(xì)顆粒物,如PM2.5,在其中的輸運(yùn)沉積就需要解決這一困難。本文基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性和粒子的統(tǒng)計(jì)平均特性,提出了通過(guò)顆粒分裂和合并的顆粒加倍與減半算法,可以大幅減少模擬的計(jì)算量,使得對(duì)多級(jí)分叉管路系統(tǒng)輸運(yùn)的模擬成為可能。主要工作如下:首先,在前期本課題組呼吸區(qū)流場(chǎng)模擬研究的基礎(chǔ)上,本文開(kāi)展了呼吸區(qū)顆粒沉積特性的研究。研究發(fā)現(xiàn),全尺度的模擬對(duì)計(jì)算性能要求較高,在入口釋放顆粒的數(shù)量有限時(shí),顆粒通常不能到達(dá)呼吸區(qū)的末端,無(wú)法對(duì)整個(gè)呼吸區(qū)顆粒沉積特性進(jìn)行研究。盡管通過(guò)增加入口釋放的顆粒數(shù),可以增加可能到達(dá)呼吸區(qū)末端顆粒的數(shù)量,但這一顆粒數(shù)量偏少,不能反映系統(tǒng)的沉積統(tǒng)計(jì)規(guī)律,無(wú)法準(zhǔn)確表征其沉積特性。因此,為解決模擬所需巨大顆...

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 分叉網(wǎng)絡(luò)
        1.1.2 大氣中的顆粒對(duì)人體健康的影響
    1.2 研究意義
    1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目的及內(nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究?jī)?nèi)容
2 數(shù)值模擬基本理論
    2.1 呼吸系統(tǒng)簡(jiǎn)介
        2.1.1 呼吸系統(tǒng)的作用
        2.1.2 呼吸機(jī)理
        2.1.3 呼吸系統(tǒng)的組成
    2.2 空氣流動(dòng)理論
        2.2.1 可壓縮流動(dòng)和不可壓縮流動(dòng)
        2.2.2 層流和紊流
        2.2.3 定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)
    2.3 顆粒物沉積的數(shù)值模擬理論
        2.3.1 顆粒物的沉積機(jī)理
        2.3.2 顆粒物的受力分析
        2.3.3 顆粒物的數(shù)值模擬方法
3 呼吸區(qū)顆粒沉積的數(shù)值模擬
    3.1 模型描述
    3.2 呼吸區(qū)數(shù)值模擬采用的模塊
        3.2.1 層流模塊
        3.2.2 變形幾何模塊
        3.2.3 流體流動(dòng)顆粒追蹤模塊
    3.3 邊界條件和參數(shù)的設(shè)定
    3.4 表征顆粒物沉積的無(wú)量綱數(shù)
    3.5 呼吸區(qū)顆粒沉積的數(shù)值模擬結(jié)果及分析
    3.6 本章小結(jié)
4 利用顆粒加倍與減半算法計(jì)算顆粒沉積
    4.1 顆粒加倍算法和減半算法的優(yōu)勢(shì)
        4.1.1 顆粒加倍算法的優(yōu)勢(shì)
        4.1.2 顆粒減半算法的優(yōu)勢(shì)
    4.2 顆粒加倍算法的思路
    4.3 顆粒減半算法的思路
    4.4 模型描述
        4.4.1 傳導(dǎo)區(qū)幾何模型
        4.4.2 數(shù)值模擬邊界條件及參數(shù)的設(shè)定
        4.4.3 網(wǎng)格劃分
    4.5 流場(chǎng)模擬結(jié)果及分析
    4.6 運(yùn)用顆粒加倍算法與減半算法計(jì)算傳導(dǎo)區(qū)顆粒沉積
        4.6.1 運(yùn)用顆粒加倍算法計(jì)算傳導(dǎo)區(qū)顆粒沉積
        4.6.2 運(yùn)用顆粒減半算法計(jì)算傳導(dǎo)區(qū)顆粒沉積
    4.7 運(yùn)用顆粒加倍算法計(jì)算呼吸區(qū)顆粒沉積
        4.7.1 呼吸區(qū)幾何模型
        4.7.2 數(shù)值模擬邊界條件和參數(shù)設(shè)置
        4.7.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析
    4.8 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：3828675