分解-结合机制下介电液体电热对流的格子Boltzmann模拟

发布时间：2023-02-14 18:56

　　在电极之间施加电势差,非等温液体将会受到库仑力和热浮升力作用,引起流体流动和热量传递,这就是电热对流(Electro-Thermo-Convection,ETC)。该问题将电、热与对流效应相耦合,可以有效地实现对流动及传热的控制,这是很多工业部门亟待解决的问题,也是本文研究的意义所在。电荷注入和分解‐结合是介电液体中两种主要的自由电荷生成机制。这两种电荷产生机制在实际物理过程中是同时存在的,但在不同的电场强度下存在主次关系,即:当电场强度较高时,电荷注入机制起主导作用;当电场强度较低时,分解‐结合机制起主导作用。本文对分解‐结合机制下的电热对流进行研究。格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann method,LBM)具有编程简单、适合复杂形状、易实现并行计算等特点,特别适合用于处理多物理场耦合问题。本文采用LBM对分解-结合机制下的电热对流问题进行模拟和分析。首先将控制方程进行无量纲处理,并列出相关的无量纲参数。然后,对各个物理场分别建立格子Boltzmann模型。之后,对平行平板和方腔-圆两种电极结构中的电热对流问题进行LBM模拟。LBM模拟得到的纯自然对流和纯...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 电热对流的研究进展
    1.3 格子Boltzmann方法的研究进展
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 分解-结合机制下的电热对流的基本理论
    2.1 引言
    2.2 分解-结合机制下电热对流基本方程组
        2.2.1 介电液体中自由电荷产生机制
        2.2.2 电热对流控制方程
        2.2.3 控制方程无量纲处理
    2.3 格子Boltzmann模型的建立
        2.3.1 各物理场格子Boltzmann模型的建立
        2.3.2 统一形式的多场耦合格子Boltzmann模型
        2.3.3 曲线边界处理格式
        2.3.4 各场之间的耦合关系
        2.3.5 分解-结合机制下的电热对流的LBM计算过程
    2.4 Chapman-Enskog多尺度分析
    2.5 本章小结
第3章 平行平板模型下的电热对流问题
    3.1 引言
    3.2 电热对流物理模型简介
    3.3 平行平板间电热对流LBM代码验证
        3.3.1 纯电对流数值结果
        3.3.2 纯自然对流数值结果
    3.4 无量纲参数对流动和传热的影响
        3.4.1 电瑞利数的影响
        3.4.2 解离速率参数的影响
        3.4.3 瑞利数的影响
    3.5 本章小结
第4章 方腔-圆模型下的电热对流问题
    4.1 引言
    4.2 电热对流物理模型简介
    4.3 方腔-圆电热对流LBM代码验证
        4.3.1 纯电对流数值结果
        4.3.2 纯自然对流数值结果
    4.4 腔-圆模型中电热对流的LBM模拟及强化传热研究
        4.4.1 电热对流数值结果及强化传热分析
        4.4.2 几何因素和物性参数对电热对流的影响
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3742827