基于SPH和DSMC的多尺度耦合算法的研究及應(yīng)用.pdf

1、為了能連續(xù)、高效地提取抗新型突發(fā)性病毒和增強(qiáng)人體免疫力的生化制品,需要開發(fā)一種結(jié)合凝膠色譜分離特點(diǎn)和微流控分離技術(shù)相結(jié)合的新型微分離器件.在這類微分離器件中,被分離流體需要完成入口進(jìn)樣、微通道分離、再到出口取樣等的通道流動(dòng)過程,在整個(gè)流動(dòng)過程中會(huì)經(jīng)歷從宏觀連續(xù)流動(dòng)－微觀稀薄流動(dòng)－宏觀連續(xù)流動(dòng)的跨尺度流動(dòng).因此,其復(fù)雜的流道分離特性研究是此類新型分離器件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.隨著并行計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)值模擬方法越來越多地被用于解決跨尺度問題.針

2、對(duì)此類流動(dòng)過程中的跨尺度問題,若單一采用基于連續(xù)假設(shè)的方法,不能湊效,而采用單一的微觀流動(dòng)方法,計(jì)算量又十分巨大.本文的研究是發(fā)展一種將連續(xù)流動(dòng)算法和稀薄流動(dòng)算法相結(jié)合的跨尺度耦合方法,嘗試了將適用于連續(xù)流動(dòng)的SPH方法和基于粒子模型的DSMC方法相耦合,以實(shí)現(xiàn)對(duì)以上新型分離器件中的跨尺度通道流動(dòng)的分析計(jì)算. 首先,本文根據(jù)分離裝置中通道流動(dòng)的出入口邊界條件的特點(diǎn),提出了基于緩沖區(qū)的SPH入口流動(dòng)邊界條件和基于單元格壓力線性假設(shè)

3、的DSMC壓力邊界實(shí)現(xiàn)方法.采用自行編寫的SPH計(jì)算程序和改進(jìn)的DSMC計(jì)算程序?qū)ΧS通道流動(dòng)模型分別進(jìn)行了計(jì)算分析,論證了改進(jìn)后兩種方法各自的計(jì)算有效性. 其次,對(duì)以前研究中提出的耦合方法中存在的,物理參數(shù)的匹配、交界面處的連接方式及數(shù)據(jù)傳遞和耦合時(shí)間步長(zhǎng)的確定等問題進(jìn)行了完善,給出了這些技術(shù)的改進(jìn)要點(diǎn)、解決方法和程序中的實(shí)現(xiàn)技巧.在此基礎(chǔ)上,通過大量的編程改進(jìn)和運(yùn)行調(diào)試,嘗試將兩種方法的計(jì)算程序結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)了二維通道流動(dòng)模型