生物對流是一種在含有微生物的流體中經(jīng)常發(fā)生而且對人類有重要意義的自然現(xiàn)象。并且作為一門新興的交叉學(xué)科,生物對流的研究可以涉及到微生物學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、穩(wěn)定性理論、滲流力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。本文以生物對流為主題,研究了趨旋性微生物在非牛頓流體飽和的多孔介質(zhì)內(nèi)的生物對流穩(wěn)定性。微生物的趨旋性和流體的非牛頓性被用于考察對生物對流穩(wěn)定性的影響。所用研究的非牛頓流體包括粘彈性流體和冪律流體。對于粘彈性流體,采用了Maxwell線性粘彈性本構(gòu)方程;對于冪律流體,采用了Ostwald-de Waele模型本構(gòu)方程。考慮多孔介質(zhì)和非牛頓流體的流變特性,需要對傳統(tǒng)Darcy定律進(jìn)行擴(kuò)展。此外,在多孔層的底部加熱或冷卻用來對生物對流的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)節(jié)。本文使用線性穩(wěn)定性理論和伽遼金法分別對系統(tǒng)的控制方程進(jìn)行穩(wěn)定性分析和數(shù)值計(jì)算。線性穩(wěn)定性分析包括了定常對流的開始和振蕩對流的不穩(wěn)定性兩個(gè)部分。利用數(shù)值計(jì)算得到的生物瑞利數(shù)表達(dá)式來直觀分析生物對流的穩(wěn)定性,其表達(dá)式中包含了所需要研究的所有影響參數(shù)。生物瑞利數(shù)越大說明生物對流的穩(wěn)定性越強(qiáng)。對于粘彈性流體,考慮影響生物瑞利數(shù)的參數(shù)主要有溫度梯度,粘彈性流體的松弛時(shí)間和微生物... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１對流模型示意圖??Ｆｉｇ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??

?Ｌ＿ｉ??ｒ＝ｒ＋Ａｒ??圖２．１對流模型示意圖??Ｆｉｇ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??動(dòng)／＾?ｖ?粘１４＾＼??丨Ｋ??圖２．２趨旋性單細(xì)胞微生物示意圖??Ｆｉｇ?２．２?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｇｙｒｏｔａｃｔｉｃ?ｓｉｎｇｌｅ－ｃｅｌｌｅｄ?ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ??采用歐拉法觀點(diǎn)，考慮控制體中的粘彈性流體是不可壓縮的，并且增加的流??體質(zhì)量為零，可得連續(xù)性方程的表達(dá)式為：??Ｖ－－Ｕ?＝?０?（２－１）??其中Ｕ是滲流速度，它有三個(gè)分量（Ｕ，?Ｖ，Ｗ）。??牛頓流體在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)可以用達(dá)西定律描述，對于非牛頓流體需要對??經(jīng)典達(dá)西模型進(jìn)行修正。根據(jù)ＫＵＺｎｅｔｓ〇Ｖｔ３６４ｎ?ＤｅｌｅｎｄａＷ等人的研究，結(jié)合??１０??

圖２．３不同熱瑞利數(shù)下，生物瑞利數(shù)和波數(shù)的關(guān)系圖??Ｆｉｇ?２．３?Ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＲＢ?ｗｉｔｈ?ａ?ｆｏｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＲＴ??圖２．３描述了不同熱瑞利數(shù)柃條件下，生物瑞利數(shù)隨波數(shù)ａ的變化關(guān)系。??可以得出，隨著■的増大而減小，也就是隨著溫度梯度越大生物對流越不穩(wěn)??定。由于本研宄中溫度梯度和生物運(yùn)動(dòng)對對流的影響都是趨于向上流動(dòng)，所以＆??和＆的作用是此消彼長的。??１９??


本文編號：2989783