Sierpinski地毯结构模拟CaO孔道流动特性研究

"基于规则Sierpinski地毯结构模型的CaO孔道流动特性模拟 (2013年)，作者：孟祥奎, 曹长青，发表于《青岛科技大学学报(自然科学版)》第34卷第2期，2013年4月，文章编号1672-6987(2013)02-0152-08，关键词：Sierpinski地毯结构；分形；CaO孔道；流态化模拟。" 本文研究的核心是利用分形几何中的Sierpinski地毯结构来模拟CaO孔道内的流体流动特性。Sierpinski地毯是一种规则的分形几何图形，通过迭代过程形成，具有自相似性和高度复杂性，这使得它成为模拟孔隙结构的理想模型。在该研究中，科研人员构建了二维的Sierpinski地毯结构模型，以此来代表CaO材料的孔道网络。 研究人员采用了SIMPLEC算法，这是一种求解Navier-Stokes方程的有效数值方法，用于模拟流体动力学问题。同时结合k-ε模型，这是一种常用于湍流模拟的模型，能够描述流体中的湍流性质。他们利用商业软件Fluent 6.3进行流场模拟，分析了孔道内的速度、压力、气含率和流量等关键参数。 模拟结果显示，气体在Sierpinski地毯结构孔道内的流动呈现出明显的分形特性，即流动模式在不同尺度上表现出相似性。此外，流动还具有对称性和一定的随机性。研究发现，进口速度与总压降之间存在线性关系，这意味着孔道内的压降可以通过控制入口速度来调整。尽管进口气速改变，但流场内的压力和速度分布保持相对稳定。 在障碍物（如孔道壁）后方，模拟观察到空气漩涡的形成。有趣的是，气速越大，漩涡的范围越小，且形状趋向于规则的圆形。这一现象揭示了流体动力学中典型的湍流行为。此外，不同级数的Sierpinski地毯模型（如2级和3级）在压力和速度分布上表现出一致性，2级模型可以视为3级模型的一个子集，这为更高效的研究提供了简化模型的可能性。 这项研究通过Sierpinski地毯结构模型揭示了CaO孔道内的流体流动特性，为理解和优化CaO材料在流态化过程中的性能提供了重要的理论依据。这些发现对于提高CaO在化学工程、环境科学以及能源转换等领域的应用具有重要意义。