圆柱状微塑料在静水中的沉积过程:一个完全解决的数值模拟研究

科学领域:

• 环境科学环境科学
• 流体动力学 流体动力学
• 材料科学 是一种材料科学.

背景情况:

• 海洋微塑料 (MP) 构成环境风险,其运输和命运受到沉过程的影响.
• 了解MP纤维的沉行为,其特点是圆柱形几何学,对于预测它们在水生环境中的运动至关重要.

研究的目的:

• 开发和验证一个三维数值模型来模拟海洋微塑料在静水中沉积的复杂形状.
• 研究面积比,角位移和密度对圆柱状微塑料纤维沉积动态的影响.

主要方法:

• 使用格子博尔茨曼方法 (LBM) 和沉浸边界方法 (IBM) 构建一个完全解析的三维数值模型.
• 进行了圆柱状微塑料纤维沉的模拟,并将结果与已建立的半实证沉速度公式进行了比较.

主要成果:

• 数值模型准确地复制了圆柱形MP的沉降速度,与理论公式有很好的一致性.
• 确定圆柱形MP的关键比例在0.93和0.94之间,与阻力减少有关.
• 发现角位移和角比影响了国会议员的水平移动,而密度主要影响了垂直沉降速度.

结论:

• 该研究提供了一个验证的数值框架,用于模拟微塑料沉积,这对于环境运输模型至关重要.
• 鉴定到的关键面积比为微塑料纤维的水力动态行为提供了洞察力,影响了它们的环境命运.
• 微塑料的形状和密度是控制它们在海洋生态系统中的移动和分布的关键因素.