基于格子Boltzmann方法的毛细管节流特性研究

发布时间：2017-08-05 10:39

  本文关键词：基于格子Boltzmann方法的毛细管节流特性研究

  更多相关文章： 格子Boltzmann方法 毛细管 节流 气液相变

【摘要】：随着经济的发展,能源消耗剧增,节能与环保的主张开始在世界范围内得到响应。与此同时,人民生活水平的日益提高,家电数量急剧增长,具备相当好的节能前景。毛细管作为冰箱和空调制冷循环系统中的常见的节流降压原件,其节流特性对制冷系统的制冷效率有很大的影响,所以,对毛细管的节流性能进行深入研究有重要的意义。本文从介观角度出发,应用格子Boltzmann方法作为数值模拟手段,选择了可用于大密度比两相流动的自由能等温模型,模拟了气泡生成前的气液两相流动。首先回顾了毛细管节流的研究背景和发展进程,又介绍了格子Boltzmann方法模拟多相流问题的模型与其应用。为验证本文编写程序的正确性,对双气泡的运动融合过程进行了模拟,模拟结果与参考文献相吻合。以R600a为工质,在方形毛细管亚稳态液相区的起始处取一管段进行流动模拟,在计算时间内密度始终保持不变,对此加以分析并提出了分段模拟毛细管可行性低的观点。通过压缩毛细管的管长并保持其他物性参数不变实现了对目标管段的全段模拟。经过大量的计算和调试,对不同的初始条件和边界条件进行选择,模拟了毛细管内相变过程,获得了该过程中毛细管内部的密度图、压力图、流线图。并讨论了不同管长压缩比下的流动以验证模拟结果,得出结论：亚稳态液相区起始处即有气体附着于壁面产生,此后低密度区不断沿壁面周向和毛细管流动方向扩展,并被内部高速流体裹挟着向中心靠拢,最终汇合形成大的低密度区,为大量气泡的生成提供基础。据此,推测毛细管中的相变过程机理为,首先在壁面处产生微量气体,然后沿周向并向后和向中心逐渐扩展。
【关键词】：格子Boltzmann方法 毛细管 节流 气液相变
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB657
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号表10-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 国内外研究概况13-16
• 1.2.1 毛细管节流研究状况13-15
• 1.2.2 格子Boltzmann方法应用于微小通道两相流的研究状况15-16
• 1.3 论文主要内容16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第2章 格子Boltzmann方法基本理论18-28
• 2.1 格子Boltzmann方法理论简介18-20
• 2.2 分布函数20
• 2.3 演化方程20-22
• 2.4 平衡态分布函数22-23
• 2.5 边界处理23-27
• 2.5.1 周期性边界处理格式24-25
• 2.5.2 对称边界处理格式25
• 2.5.3 充分发展边界处理格式25
• 2.5.4 反弹格式25-26
• 2.5.5 分布函数外推格式26
• 2.5.6 非平衡态外推格式26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 大密度比自由能模型及程序验证28-37
• 3.1 大密度比自由能模型28-34
• 3.1.1 无压力梯度的两相流模拟28-30
• 3.1.2 压力修正30-32
• 3.1.3 弛豫时间与迁移率32
• 3.1.4 运行算法32-34
• 3.2 两气泡上升融合模拟34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 方形毛细管亚稳态液相段流动模拟37-54
• 4.1 几何参数与物性参数的确定及其格子单位转换37-41
• 4.2 初始条件设置41-51
• 4.2.1 与方程求解相关的参数41-50
• 4.2.2 流场初始化50-51
• 4.3 边界条件设置51-53
• 4.3.1 进出口充分发展边界51-52
• 4.3.2 进口周期性边界,出口充分发展边界52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 方形毛细管节流过程模拟54-77
• 5.1 参数确定54-65
• 5.1.1 流场初始化54-58
• 5.1.2 边界处理格式和弛豫时间58-64
• 5.1.3 与方程求解相关的参数64-65
• 5.1.4 初始化总结65
• 5.2 优化改进65-71
• 5.2.1 迭代格式修正65-66
• 5.2.2 边界压力控制66-71
• 5.3 对不同管长压缩比的再讨论71-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第6章 结论与展望77-78
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 作者简介83

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本文编号：624485