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全受限低雷诺数流体中的颗粒输运研究

文献类型:学位论文

作者孙壮
答辩日期2025-05-19
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点北京
导师蒋玺恺
关键词全受限 低雷诺数流体 颗粒输运 带电颗粒
学位专业流体力学
其他题名Particle Transport in Low-Reynolds-number Fluids under Total Confinements
英文摘要

受限环境下低雷诺数流体中的颗粒输运与心血管疾病、药物递送等多种领域密切相关。近年来,全受限低雷诺数流体中的颗粒输运引起了广泛关注,因其对细胞内生命活动和微液滴封装技术具有重要意义。在相关领域现有理论分析和数值模拟工作中,全受限空间被假设为球形腔体,颗粒一般为电中性,这些假设对于实际情况而言仍比较简单。为了探索更加复杂几何边界情况下颗粒输运的机制以及带电颗粒的输运,本文主要开展了以下两项研究工作。

在第一项工作中,采用数值模拟方法,研究了双层球壳内低雷诺数流体中球形颗粒的运动特性。通过改变内壁半径与颗粒半径,分析了颗粒在腔体不同位置处的径向与切向迁移率分布,并探讨了影响迁移率大小的相关因素;研究了颗粒在受到非径向与切向外力时产生的漂移运动,推导了漂移速度与迁移率之间的关系式;分析了颗粒在封闭空间内运动时所诱导的流体涡旋结构;进一步探讨了内外壁面以相同角速度、不同方向角速度旋转以及单个壁面旋转时颗粒的运动轨迹。

在第二项工作中,研究了球形空腔内带电颗粒的运动行为。通过改变颗粒形状以及流体、颗粒和腔体的介电常数,分别模拟了球形、长球体和扁球体颗粒在球形空腔内的运动,分析了颗粒所受静电力随颗粒-流体、流体-壁面介电常数比、径向位置变化的规律。

相较于现有研究,本工作拓展了传统球形腔体和电中性颗粒的简化假设,为更真实地模拟生物细胞和微液滴装置中的颗粒输运提供了依据。未来研究可进一步拓展至非球形受限空间(如椭球腔、多连通腔体等)及非牛顿流体环境,以更贴近生物体系的复杂物理特性。此外,结合实验手段(如微流控技术)验证数值模拟结果,探索颗粒-流体-边界多物理场耦合作用,将有助于推动靶向药物递送、微纳机器人操控等生物医学工程领域的应用。

语种中文
源URL[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/101233]  
专题力学研究所_非线性力学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
孙壮. 全受限低雷诺数流体中的颗粒输运研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2025.

入库方式: OAI收割

来源:力学研究所

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