用于复杂颗粒形态流体-颗粒系统三维溶质输运的随机游走 Metaball 成像离散元格子 Boltzmann 方法
计算工程、金融与科学
2023-08-10 v1
摘要
流体-颗粒系统中的溶质输运是众多科学与工程学科中的基本过程。其模拟需要考虑具有复杂形状与尺寸的固体颗粒。为应对该挑战，本研究提出随机游走 Metaball 成像离散元格子 Boltzmann 方法（RW-MI-DELBM）。在该模型中，我们利用 Metaball-Imaging 算法重建颗粒几何，采用离散元方法（DEM）捕捉颗粒行为，通过格子 Boltzmann 方法（LBM）模拟流体行为，并借助随机游走方法（RWM）表征溶质行为。通过将这些技术与专门设计的边界条件相集成，我们实现了对包含复杂颗粒形态的流体-颗粒系统中溶质输运的模拟。我们进行了包括解析解和实验在内的充分验证，以评估该框架的鲁棒性与准确性。结果表明，所提框架能在严格质量守恒下准确捕捉溶质输运的复杂动力学。特别地，开展了一项研究以评估三维振荡器中颗粒形态对溶质输运的影响，重点识别形状特征与弥散系数之间的关联。值得注意的是，所有选定的形状特征均与弥散系数表现出强相关性，表明颗粒形状对输运现象的显著影响。然而，由于关系复杂且模拟数量有限，未能观察到明确规律。有必要开展涵盖更广泛形状特征与变化条件的进一步综合分析，以充分理解它们对弥散系数的集体影响。
引用
@article{arxiv.2308.05007,
title = {Random-Walk Metaball-Imaging Discrete Element Lattice Boltzmann Method for 3D Solute Transport in Fluid-Particle Systems with Complex Granular Morphologies},
author = {Yifeng Zhao and Pei Zhang and Stan Z. Li and S. A. Galindo-Torres},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.05007},
year = {2023}
}
备注
Pei Zhang, Stan Z. Li and S.A. Galindo-Torres are all cooresponding authors of this paper