高佩克莱特数下稳态质量输运的基于粒子模拟
流体动力学
2015-10-20 v1 软凝聚态物质
摘要
在高佩克莱特数(P\'eclet numbers)下，模拟扩散和平流输运中粒子稳态分布的传统方法需要至少在二维上求解扩散和平流方程。在此，我们提出一种替代计算策略，将基于粒子而非基于场的方法与按通量比例初始化粒子相结合。该方法能够准确预测稳态，甚至适用于高佩克莱特数下传统基于粒子的蒙特卡洛方法（从随机初始化粒子分布开始）失效的情况。我们证明，在单一固定时间和初始位置根据预定密度和速度分布生成粒子通量，可实现对流动下质量输运的准确模拟。具体而言，在按通量比例初始化后，这些粒子被单独传播，并通过在预定义检测区域中累加其蒙特卡洛轨迹来检测。我们展示了预测的浓度分布与在连续流动微流体通道中使用荧光粒子进行的实验结果在定量上一致。该方法在计算上具有优势，并且易于考虑非平凡的初始分布。特别是，该方法非常适用于模拟微流体器件中的平流和扩散输运。
引用
@article{arxiv.1510.05126,
title = {Particle-based simulations of steady-state mass transport at high P\'eclet numbers},
author = {Thomas Müller and Paolo Arosio and Luke Rajah and Samuel I. A. Cohen and Emma V. Yates and Michele Vendruscolo and Chrisopher M. Dobson and Tuomas P. J. Knowles},
journal= {arXiv preprint arXiv:1510.05126},
year = {2015}
}