Sierpinski地毯结构模拟CaO孔道流动特性研究
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更新于2024-08-12
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"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。
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