双组分颗粒凝并混合特性的蒙特卡罗模拟
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摘要
自然与工程问题中的颗粒物绝大多数由多种组分组成,比如药物混合中颗粒物由赋形剂和药物组分组成。描述颗粒系统的控制方程是颗粒群平衡方程(PBE),现有的研究大部分是关于单一组分的凝并问题,关于二组分的研究相对较少。二组分颗粒物的凝并问题对于合金材料性能、药物混合均匀性、气溶胶毒性等研究意义重大。多组分颗粒物凝并过程中,其组分不同可能对凝并产生重要影响。在两组分颗粒物中,可以把两种组分表示成组分A(溶质)和组分B(溶剂)。根据颗粒物中某一成分对凝并作用的不同,可以分为3种情况进行研究。即一、组分A(溶质)对凝并不起作用,即凝并仅由B组分的体积(或质量)决定;二、凝并仅由颗粒总体积决定,与具体组分分布无关;三、凝并核与组分分布相关。本文采用多重蒙特卡罗方法模拟颗粒群平衡方程,凝并核函数选取带有凝并效率的连续区和自由分子区布朗核,主要研究了颗粒物混合均匀性、组分A在颗粒物中分布规律以及矩量的演变规律。结果表明:不管对于仅与颗粒总质量相关的凝并核和还是对于组分相关的凝并核,随着凝并时间的增长,方差渐趋一个常数,而S.I.最终将减小,即趋于均匀混合,组分A的条件概率分布满足正态分布。但对于组分相关的凝并核,总方差和S.I.的变化复杂,S.I.经历快速上升、变化缓慢、幂指数下降三个阶段。对于所研究情况,长时间演变后,组分相关核和组分无关核的矩量与平均体积的标度率指数一致,即:M_11∝v,M_(20)∝v,M_(02)∝v。
引文