渗透性生物膜孔隙尺度模型：数值模拟与实验室实验
流体动力学
2020-07-14 v3
摘要
本文推导了二维孔隙中渗透性生物膜形成的孔隙尺度模型。孔隙被划分为两相：水相与生物膜相。生物膜假定由四种组分构成：水、胞外聚合物（EPS）、活性菌与死亡菌。水流由 Stokes 方程建模，而营养物质的输运由扩散-对流方程描述。在水/生物膜界面，考虑了营养物质输运及由水通量引起的剪切力。在生物膜内，考虑了水流的 Brinkman 方程、由扩散和对流导致的营养物质输运、由细菌繁殖/死亡引起的生物膜组分位移，以及 EPS 的生成。采用分离有限元算法求解数学方程。基于实验确定的参数进行数值模拟。应力系数根据实验数据拟合。为识别关键模型参数，进行了敏感性分析。基于标称参数值 的均匀扰动计算了输入参数的 Sobol 敏感性指数。敏感性分析证实，任一参数的变异性或不确定性都不应被忽略。
引用
@article{arxiv.1807.03400,
title = {A pore-scale model for permeable biofilm: numerical simulations and laboratory experiments},
author = {David Landa-Marbán and Na Liu and Iuliu Sorin Pop and Kundan Kumar and Per Pettersson and Gunhild Bødtker and Tormod Skauge and Florin A. Radu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.03400},
year = {2020}
}