颗粒间润滑力的数值建模及对悬浮液流变特性的影响
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摘要
本文采用耗散粒子动力学方法(DPD:Dissipative Particle Dynamics)对颗粒悬浮液进行数值模拟,考察其流变特性的变化。DPD方法来源于分子动力学,是一种粗粒化(Coarse Grained)的分子动力学方法,有着较高的计算效率。单个DPD粒子代表着一团分子的集合,它的尺度介于宏观和微观之间。当颗粒浓度较高时,需要考虑颗粒间相互作用,其中颗粒间水膜产生的润滑力起着主要的作用。然而,在实际的数值计算中,由于水膜尺度较小很难精确的捕捉到水膜的存在从而忽略了润滑力的作用。本文在耗散颗粒动力学方法的框架下,对颗粒间润滑力进行单独建模,从而考察润滑力对颗粒悬浮液流变特性的影响。在本文的数值建模过程中,悬浮颗粒通过一定数量的"冷冻"的DPD粒子来代替。传统的润滑力理论建立在两个对应的悬浮颗粒之间,本文将颗粒间润滑力离散至对应的DPD粒子之间,以具备更好的通用性(可扩展至模拟变形液滴之间润滑力)。文中首先考察了两个悬浮颗粒在相互作用的过程,并于已有的实验及数值计算结果进行比较,得到较为可靠的数值计算结果。文中同时模拟了剪切流下稀相和半稀相颗粒悬浮液,考察了不同Peclet数下悬浮液流变特性的变化情况。
引文