摘要：悬浮颗粒的运动、沉积、生长等现象在许多工业应用和自然灾害过程中起重要作用,在生命科学及人体健康中,悬浮颗粒的聚集、沉积也会产生严重的危害.在流体力学实验技术中起重要作用的PIV等测量技术,由于它们依赖颗粒运动速度进行测量,所以其测量精度受到颗粒跟随性影响,因此有必要对悬浮颗粒的运动、生长规律进行深入研究.对悬浮颗粒的数值模拟已成为研究其运动规律的主要手段.将基于固体颗粒的牛顿力学和格子Boltzmann方法相结合可以有效地模拟成千上万悬浮颗粒的运动.本研究首先运用这一方法模拟不规则形状悬浮颗粒在流场中的运动.结果表明,运用格子Boltzmann方法可以得到与有限元方法相同的模拟精度,并且具有计算速度快、对复杂形状边界处理方便灵活、程序简单及特别适合大规模并行计算等优点.在对悬浮粒子运动的研究基础之上,将两种颗粒生长模式,即:随机生长模式和浓度生长模式与格子Boltzmann方法相结合,模拟了不动颗粒与运动悬浮颗粒的输运和生长过程,并将计算结果与同参数条件下悬浮颗粒不生长的情况进行了比较.研究结果表明:在被动标量场中,由于沉积作用导致颗粒生长后的形状改变,从而使得其运动规律也发生了变化.此时的所谓"被动标量"已不仅仅受流场驱动,它还会通过沉积作用使得颗粒形状改变,从而反过来影响背景流场,因此,严格来说,它已不再是被动标量了.
