基于格子Boltzmann方法的流动与多孔介质换热研究

发布时间：2020-09-17 14:22

　　 钝体形式在生活中应用十分广泛,如桥梁桥墩、房屋建筑等。当流体流经这些物体时,由于钝体的存在,改变了周围流场的流动,从而产生一系列的钝体空气动力学问题。流体的流动常常伴随着复杂的热量交换,其研究对相关领域的理论发展和实际应用具有重要意义。格子Boltzmann方法作为最近三十年来发展起来的新型流体数值模拟方法,算法简单,并行性高,对复杂边界的处理具有显著优势,现已应用到流体力学和热力学的多个领域。本文综述了国内外钝体绕流换热的研究进展,并利用格子Boltzmann方法,采用C++编程对方柱形钝体的绕流和多孔介质对流换热问题做了数值模拟,主要工作如下:从连续Boltzmann方程入手,通过对时间、空间和速度进行离散,推导了格子Boltzmann-BGK方程,并建立了宏观物理量及边界条件与格子Boltzmann方法的联系。通过对格子Boltzmann方法的基本模型进行改进,将格子Boltzmann方法应用于换热方面的研究。提出了一种复杂几何边界的程序语言处理方法,通过对单方柱绕流进行模拟,验证了该方法的准确性。对单方柱绕流的模拟研究表明,Re数对方柱流场形态、升阻力的大小具有重要影响;对并列双方柱绕流流场与柱间距的关系进行了模拟表明,当柱间距小于1.0倍方柱边长时,流场表现出单方柱绕流状态;当方柱间距大于3倍方柱边长时,方柱各自形成稳定的卡门涡街。进一步对封闭方腔和Sierpinski地毯分形结构多孔介质对流换热进行模拟,结果表明,Ra数对自然对流换热机理具有重要影响,Ra数较小时,换热以热传导为主;Ra较大时,换热主要表现为对流换热;多孔介质对流模拟结果表明,Re数越大,对流换热的效果越好;增加入口速度,同样可以达到强化换热的目的。对于不同阶数的分形结构,阶数越高其换热面积越大,但就最终的换热效果而言,3阶分形结构在所研究范围内是最优的选择。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK124
【部分图文】：

改变了周围流场的流动，。钝体绕流问题与流体流经钝体产生的浸没在其内部的钝体时，会在钝体表面诺数达到一定范围时，黏性边界层会产沿着来流方向交替地产生脱离钝体表面发放的漩涡会在钝体表面上形成周期性期性的脉动流体力将引发钝体周期性的改变钝体尾流漩涡的发放状态。当涡激引起钝体共振，如水流对桥墩的冲击作钝体造成潜在的隐患，甚至会产生破坏很高的研究价值和广泛的应用前景。研究的钝体形式主要有圆柱、翼型和立进行了大量的实验研究，尤其以圆柱绕响圆柱绕流流场特性的最主要参数是雷来流速度、圆柱体直径、流动动力黏度。

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图 2.2 D2Q9 格子模型如下361,915,6,7,8=ω= ,,5,67,81,32,40ccccc地声速，txcδδ= ， δ t， δ x分态分布函数采用如下形式( ) + + =+42i2ii21sscccucuρω Chapman Enskog展开[37]

【参考文献】

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本文编号：2820830