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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

一种基于元胞自动机的介观尺度模拟方法及其在磷酸二氢钾结晶过程中的应用

艾佳莉 戴金东 翟持 孙巍

艾佳莉, 戴金东, 翟持, 孙巍. 一种基于元胞自动机的介观尺度模拟方法及其在磷酸二氢钾结晶过程中的应用[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211230004
引用本文: 艾佳莉, 戴金东, 翟持, 孙巍. 一种基于元胞自动机的介观尺度模拟方法及其在磷酸二氢钾结晶过程中的应用[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211230004
AI Jiali, DAI Jindong, ZHAI Chi, SUN Wei. A Meso-Scale Simulation Method Based on Cellular Automata and Its Application in the Crystallization of Potassium Dihydrogen Phosphate[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211230004
Citation: AI Jiali, DAI Jindong, ZHAI Chi, SUN Wei. A Meso-Scale Simulation Method Based on Cellular Automata and Its Application in the Crystallization of Potassium Dihydrogen Phosphate[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211230004

一种基于元胞自动机的介观尺度模拟方法及其在磷酸二氢钾结晶过程中的应用

doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211230004
基金项目: 国家自然科学基金(NO.21878012)
详细信息
    作者简介:

    艾佳莉(1995—),女,湖南人,博士生,主要研究方向为非线性系统过程模拟及分析。E-mail:2019400039@mail.buct.edu.cn

    通讯作者:

    翟 持,E-mail:zhaichi@kmust.edu.cn

    孙 巍,E-mail:sunwei@mail.buct.edu.cn

  • 中图分类号: TP3

A Meso-Scale Simulation Method Based on Cellular Automata and Its Application in the Crystallization of Potassium Dihydrogen Phosphate

  • 摘要: 建立一种介观尺度元胞自动机模拟方法,并且可以应用于溶液冷却结晶过程。根据经典扩散理论得到的晶体的生长规律来制定元胞自动机演化规则,并且利用晶体生长速度和蒙特卡洛方法来实现对溶液是否转换为晶体的描述,建立了能够模拟晶体在微米数量级的非均一生长过程的介观元胞自动机模型,并用磷酸二氢钾溶液间歇冷却结晶过程为例展示该方法的可行性。不仅能展示模拟范围内每个晶体的简化形貌,还可以通过统计得到不同时间的晶体的尺寸和形貌的分布信息。该方法可以加强对结晶过程模拟结果的展示效果,同时还避免了复杂的计算过程,减少了计算时间,为结晶过程的建模和分析提供了一个新的研究思路。

     

  • 图  1  元胞自动机网格与Moor型邻居示意图(其中蓝色代表中心元胞,灰色代表邻居)

    Figure  1.  Schematic diagram of cellular automata grid and MOOR type neighbors (The blue represents the central cell and the gray represents the neighbor)

    图  2  磷酸二氢钾晶体示意图

    Figure  2.  Crystal diagram of potassium dihydrogen phosphate

    图  3  初始状态元胞自动机模拟的晶体的形貌展示

    Figure  3.  Simulation result of the crystal morphology at the initial state by cellular automata

    图  4  80 s后元胞自动机模拟的晶体的形貌展示

    Figure  4.  Simulation result of the crystal morphology at 80 s state by cellular automata

    图  5  高分辨率有限体积法模拟的晶体的粒度分布

    Figure  5.  Simulation result of the particle size distribution by high-resolution finite volume method

    a−Initial state; b−80 s

    图  6  元胞自动机模拟的晶体粒度分布

    Figure  6.  Simulation result of the particle size distribution by cellular automata

    a−Initial state; b−80 s

    图  7  元胞自动机法和高分辨率有限体积法模拟结果对比图

    Figure  7.  Comparison of the cell automata and the high-resolution finite volume method

    a−Total volume of crystal; b−Error of total volume

    表  1  磷酸二氢钾的结晶过程相关参数[4]

    Table  1.   Parameters related to crystallization process of potassium dihydrogen phosphate

    $ b $${k}_{b}/( \mathrm{n}\mathrm{u}\mathrm{m}\mathrm{b}\mathrm{e}\mathrm{r}\cdot\text{μm}^{-3}\cdot\mathrm{s}^{-1} )$$ {g}_{1} $$ {g}_{2} $${k}_{g1}/(\text{μm}\cdot\mathrm{s}^{-1})$${k}_{g2}/(\text{μm}\cdot\mathrm{s^{-1} })$$ {\rho }_{c} $
    2.04$ 7.49\times {10}^{-8} $1.481.7412.1100.75$ 2.11\times {10}^{-12} $
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  • 收稿日期:  2021-12-30
  • 网络出版日期:  2022-08-31

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