基于SPH和DSMC的多尺度耦合算法的研究及應用.pdf

1、為了能連續(xù)、高效地提取抗新型突發(fā)性病毒和增強人體免疫力的生化制品,需要開發(fā)一種結合凝膠色譜分離特點和微流控分離技術相結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樣、微通道分離、再到出口取樣等的通道流動過程,在整個流動過程中會經(jīng)歷從宏觀連續(xù)流動－微觀稀薄流動－宏觀連續(xù)流動的跨尺度流動.因此,其復雜的流道分離特性研究是此類新型分離器件設計的關鍵.隨著并行計算技術的飛速發(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、對此類流動過程中的跨尺度問題,若單一采用基于連續(xù)假設的方法,不能湊效,而采用單一的微觀流動方法,計算量又十分巨大.本文的研究是發(fā)展一種將連續(xù)流動算法和稀薄流動算法相結合的跨尺度耦合方法,嘗試了將適用于連續(xù)流動的SPH方法和基于粒子模型的DSMC方法相耦合,以實現(xiàn)對以上新型分離器件中的跨尺度通道流動的分析計算. 首先,本文根據(jù)分離裝置中通道流動的出入口邊界條件的特點,提出了基于緩沖區(qū)的SPH入口流動邊界條件和基于單元格壓力線性假設

3、的DSMC壓力邊界實現(xiàn)方法.采用自行編寫的SPH計算程序和改進的DSMC計算程序對二維通道流動模型分別進行了計算分析,論證了改進后兩種方法各自的計算有效性. 其次,對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)傳遞和耦合時間步長的確定等問題進行了完善,給出了這些技術的改進要點、解決方法和程序中的實現(xiàn)技巧.在此基礎上,通過大量的編程改進和運行調試,嘗試將兩種方法的計算程序結合起來實現(xiàn)了二維通道流動模型