趨旋性微生物在非牛頓流體飽和多孔介質(zhì)內(nèi)的生物對(duì)流穩(wěn)定性研究
發(fā)布時(shí)間:2021-01-20 21:04
生物對(duì)流是一種在含有微生物的流體中經(jīng)常發(fā)生而且對(duì)人類有重要意義的自然現(xiàn)象。并且作為一門新興的交叉學(xué)科,生物對(duì)流的研究可以涉及到微生物學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、穩(wěn)定性理論、滲流力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。本文以生物對(duì)流為主題,研究了趨旋性微生物在非牛頓流體飽和的多孔介質(zhì)內(nèi)的生物對(duì)流穩(wěn)定性。微生物的趨旋性和流體的非牛頓性被用于考察對(duì)生物對(duì)流穩(wěn)定性的影響。所用研究的非牛頓流體包括粘彈性流體和冪律流體。對(duì)于粘彈性流體,采用了Maxwell線性粘彈性本構(gòu)方程;對(duì)于冪律流體,采用了Ostwald-de Waele模型本構(gòu)方程?紤]多孔介質(zhì)和非牛頓流體的流變特性,需要對(duì)傳統(tǒng)Darcy定律進(jìn)行擴(kuò)展。此外,在多孔層的底部加熱或冷卻用來對(duì)生物對(duì)流的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)節(jié)。本文使用線性穩(wěn)定性理論和伽遼金法分別對(duì)系統(tǒng)的控制方程進(jìn)行穩(wěn)定性分析和數(shù)值計(jì)算。線性穩(wěn)定性分析包括了定常對(duì)流的開始和振蕩對(duì)流的不穩(wěn)定性兩個(gè)部分。利用數(shù)值計(jì)算得到的生物瑞利數(shù)表達(dá)式來直觀分析生物對(duì)流的穩(wěn)定性,其表達(dá)式中包含了所需要研究的所有影響參數(shù)。生物瑞利數(shù)越大說明生物對(duì)流的穩(wěn)定性越強(qiáng)。對(duì)于粘彈性流體,考慮影響生物瑞利數(shù)的參數(shù)主要有溫度梯度,粘彈性流體的松弛時(shí)間和微生物...
【文章來源】:山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:73 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
圖2.1對(duì)流模型示意圖??Fig?2.1?Schematic?of?the?convection?model??
?L_i??r=r+Ar??圖2.1對(duì)流模型示意圖??Fig?2.1?Schematic?of?the?convection?model??動(dòng)/^?v?粘14^\??丨K??圖2.2趨旋性單細(xì)胞微生物示意圖??Fig?2.2?schematic?of?gyrotactic?single-celled?microorganisms??采用歐拉法觀點(diǎn),考慮控制體中的粘彈性流體是不可壓縮的,并且增加的流??體質(zhì)量為零,可得連續(xù)性方程的表達(dá)式為:??V--U?=?0?(2-1)??其中U是滲流速度,它有三個(gè)分量(U,?V,W)。??牛頓流體在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)可以用達(dá)西定律描述,對(duì)于非牛頓流體需要對(duì)??經(jīng)典達(dá)西模型進(jìn)行修正。根據(jù)KUZnets〇Vt364n?DelendaW等人的研究,結(jié)合??10??
圖2.3不同熱瑞利數(shù)下,生物瑞利數(shù)和波數(shù)的關(guān)系圖??Fig?2.3?Variation?of?RB?with?a?for?different?RT??圖2.3描述了不同熱瑞利數(shù)柃條件下,生物瑞利數(shù)隨波數(shù)a的變化關(guān)系。??可以得出,隨著■的増大而減小,也就是隨著溫度梯度越大生物對(duì)流越不穩(wěn)??定。由于本研宄中溫度梯度和生物運(yùn)動(dòng)對(duì)對(duì)流的影響都是趨于向上流動(dòng),所以&??和&的作用是此消彼長的。??19??
本文編號(hào):2989783
【文章來源】:山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:73 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
圖2.1對(duì)流模型示意圖??Fig?2.1?Schematic?of?the?convection?model??
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圖2.3不同熱瑞利數(shù)下,生物瑞利數(shù)和波數(shù)的關(guān)系圖??Fig?2.3?Variation?of?RB?with?a?for?different?RT??圖2.3描述了不同熱瑞利數(shù)柃條件下,生物瑞利數(shù)隨波數(shù)a的變化關(guān)系。??可以得出,隨著■的増大而減小,也就是隨著溫度梯度越大生物對(duì)流越不穩(wěn)??定。由于本研宄中溫度梯度和生物運(yùn)動(dòng)對(duì)對(duì)流的影響都是趨于向上流動(dòng),所以&??和&的作用是此消彼長的。??19??
本文編號(hào):2989783
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