仿生植物叶片多尺度流道结构优化
多尺度流道网络结构广泛应用于工业，农业，生物学等领域中。本文对多尺度流道网络结构建立数学模型，分析影响耗功的主要因素并做出相应的优化。该研究可为工程设计、分析植物叶片流体运输等提供理论依据。主要工作和结论如下： （1）以仿生平行脉流道为例，对末级流道侧壁渗透的线-面流动过程进行了优化，得到以下主要结论：对于平行脉流道，存在最优的流道直径比和流道间距使得耗功最小。在流道间距给定时，流道体积比增大，耗功减小，优化直径比增大；流域长宽比增大，耗功增加，优化直径比增大；多孔介质区渗透率增大，耗功减小，优化直径比增大。由此拓展至三尺度流道，最小耗功低于双尺度时的优化设计。 （2）以仿生网状脉流道为例，对采用流道中点渗透的点-面流动过程进行了优化，得到以下结论：存在着最优流道直径比使得流域的耗功最小，流道间距对流域总耗功影响不大。在网状脉流道中第一、四级流道对耗功的影响占据主导地位，第二、三级流道对耗功的影响较小。 （3）针对网状脉流道支撑结构，建立了三维模型并进行了静力学分析。结果表明：流道体积比的大小与流域的最大形变量和最大位移量呈现负相关；在流道体积比一定的情况下，存在某个支撑区厚度比使得支撑结构形变最小。 （4）流体为非牛顿流体时，对平行脉末级流道侧壁渗透的线-面流动过程进行了优化。结果表明：幂律指数越大，流体内部阻力越大，总耗功增加。
多尺度网络;线-面优化;点-面优化;非牛顿流体;耗功;应力与变形
南京理工大学
硕士
新能源科学与工程
张后雷
2020
中文
O373
2021-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）