[发明专利]一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟方法和装置

权利要求书

1.一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟方法，其特征在于，包括：

活性纳米颗粒参数更新步骤，包括：通过朗之万动力学方法，根据活性纳米颗粒的半径、当前位置、流速及活性纳米颗粒处水的流速，确定活性纳米颗粒间的静电力和范德华力及活性纳米颗粒在水相中受到的摩擦力和随机力根据活性纳米颗粒的半径和当前位置确定孔喉壁面对活性纳米颗粒的静电力和范德华力其中，i为活性纳米颗粒的序号，p表示活性纳米颗粒，wall表示孔喉壁面；根据牛顿第二定律，利用活性纳米颗粒的当前位置、流速、和更新活性纳米颗粒的流速和位置；

根据活性纳米颗粒的当前位置判断活性纳米颗粒是否附着在孔喉壁面；若判断为否，执行水相流体与活性纳米颗粒耦合步骤；若判断为是，根据反弹和镜面反射边界条件更新当前的水分子粒子群分布函数，再执行所述水相流体与活性纳米颗粒耦合步骤；

水相流体与活性纳米颗粒耦合步骤，包括：根据当前的和确定水分子粒子群受到的力源项分布函数；

水相流体参数更新步骤，包括：通过格子玻尔兹曼方法，根据当前水分子粒子群的分布函数和受到的力源项分布函数，更新水的流速，根据水的流速利用插值法确定当前活性纳米颗粒处水的流速；

返回执行所述活性纳米颗粒参数更新步骤，直至设定条件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过朗之万动力学方法，根据活性纳米颗粒的半径、当前位置、流速及活性纳米颗粒处水的流速，确定活性纳米颗粒间的静电力和范德华力及活性纳米颗粒在水相中受到的摩擦力和随机力具体包括：

通过公式(1)确定活性纳米颗粒间的范德华力

公式(1)中，为设定范围内的活性纳米颗粒i与活性纳米颗粒j表面的最小距离，通过活性纳米颗粒i、j的半径和当前位置确定；N为所述设定范围内的活性纳米颗粒数量；为活性纳米颗粒i、j间的范德华势能，通过公式(2)确定：

公式(2)中，A_cc为Hamaker常数，A_cc＝4π²k_BT，k_B为玻尔兹曼常数，T为环境的绝对温度；R为活性纳米颗粒的半径；

通过公式(3)确定活性纳米颗粒间的静电力

公式(3)中，κ为德拜长度的倒数；Z为相互作用常数，Z通过公式(4)确定：

Z＝64πε_oε(k_BT/e)²tanh²(z₀e/4k_BT) (4)

公式(4)中，ε_o为真空介电常数，ε为水的相对介电常数，z₀为电解质化合价；

通过公式(5)确定活性纳米颗粒在水相中受到的摩擦力

公式(5)中，ζ为摩擦系数，ζ＝6πμ_wRψ，其中，μ_w为水的动力粘度，ψ为活性纳米颗粒形状因子，0＜ψ≤1；为活性纳米颗粒i的当前流速；为活性纳米颗粒i处水的当前流速；

根据活性纳米颗粒在水相中受到的随机力符合高斯分布，通过公式(6)确定活性纳米颗粒在水相中受到的随机力

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据活性纳米颗粒的半径和当前位置确定孔喉壁面对活性纳米颗粒的静电力和范德华力具体包括：

通过公式(7)确定孔喉壁面对活性纳米颗粒的范德华力

公式(7)中，为活性纳米颗粒i表面与孔喉壁面的最小距离；

通过公式(8)，确定孔喉壁面对活性纳米颗粒的静电力

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用活性纳米颗粒的当前位置、流速、和更新活性纳米颗粒的流速和位置，具体包括：

利用活性纳米颗粒i的当前流速和根据公式(9)确定活性纳米颗粒时间步长Δt后的流速

利用活性纳米颗粒i的当前位置和时间步长Δt后的流速根据公式(10)确定活性纳米颗粒时间步长Δt后的位置

公式(9)中，m_p为活性纳米颗粒的重量。