格子玻尔兹曼方法模拟弯流道中粒子的惯性迁移行为-物理学报.pdfVIP

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: /publication/286964776 Lattice Boltzmann modeling of particle inertial migration in a curved channel Article · anuary 2013 DOI: 10.7498/aps.62.024703 CITATIONS READS 7 54 4 authors, including: Dong-ke Sun Nan Xiang Purdue University Southeast University (China) 15 PUBLICATIONS 109 CITATIONS 34 PUBLICATIONS 149 CITATIONS SEE PROFILE SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Nan Xiang on 28 uly 2016. The user has requested enhancement of the downloaded file. 物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 2 (2013) 024703 格子玻尔兹曼方法模拟弯流道中粒子的 惯性迁移行为* † ‡ 孙东科 项楠 陈科 倪中华 ( 东南大学机械工程学院, 江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室, 南京 211189 ) ( 2012 年6 月7 日收到; 2012 年7 月9 日收到修改稿) 本文发展了一个能够模拟微流场环境下粒子惯性迁移行为的三维耦合模型. 该模型采用基于动理论的格子玻 尔兹曼方法(LBM) 描述流体流动, 采用牛顿动力学模型描述粒子的平动和转动, 采用基于LBM 反弹格式的运动边 界法实现流体与粒子模型的耦合. 模拟了重力作用下粒子的沉降过程和Couette 流条件下粒子的转动过程, 通过将 模拟结果与文献中的基准解进行对比定量验证了模型的可靠性. 模拟了不同大小的球形粒子在环形流道中的迁移, 成功复现了经典的流道截面二次流形成过程, 分析了粒径大小对粒子在流道中平衡位置的影响机理. 结果表明, 粒 子在弯流道中的平衡位置与粒径大小密切相关, 小半径粒子的平衡位置靠近流道外侧而大半径粒子则靠近流道内 侧. 通过实验对模拟结果进行了定性验证. 本模型为深入研究微流场环境下粒子的运动特性以及开发微流控粒子分 选器件提供了参考依据. 关键词: 格子玻尔兹曼方法, 流固耦合, 惯性迁移, 弯流道 PACS: 47.27.nd 47.11.j, 47.27.ek, 04.60.Nc DOI: 10.7498/aps.62.024703 相互作用的细节信息, 数值模拟技术在微尺度粒 1 引言 子流体系统研究中的有效性和重要性逐渐显露. 67