利用LBM模拟纳米流体Rayleigh-Benard流动及换热特性

发布时间：2017-05-26 07:07

  本文关键词：利用LBM模拟纳米流体Rayleigh-Benard流动及换热特性，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术快速发展,工业产品趋于微型化,不仅需要提高产品集成度,同时还需要提高换热设备的性能指标。但是,随着换热设备的不断改进以及使用环境的特殊要求,传统的强化换热方法在实际应用中受到了一些限制。因此,一些学者提出了一种新型的换热介质——纳米流体。纳米流体因纳米颗粒的高导热性,是一种潜在的高性能换热流体,不仅能够有效的提高换热设备的传热性能,还可以提高设备的高效紧凑等性能指标,在航空航天、电子等领域具有广泛的应用前景。为了更好的应用纳米流体,需要全面了解纳米流体的换热机制。本文利用格子Boltzmann方法对纳米流体的流动和换热特性进行了数值模拟。 格子Boltzmann方法(LBM)是基于分子动理论发展而来的介观模拟方法,与传统的计算方法相比,格子Boltzmann方法具有很多独特的优点。例如,物理图像显示清晰、边界条件处理方便、计算程序简单、并行性好。利用LBM方法研究纳米流体,考虑了纳米颗粒的随机扩散以及不连续分布情况,克服了传统模拟方法的不足。该方法建立在离散的微观模型上,容易处理纳米粒子间作用力、粒子与流体间作用力等相互作用方面的问题,并且通过推导可以在宏观层面上呈现流体的动态,满足模拟的真实性。本文介绍了LBM的基础理论、基本模型、常见的边界处理方法以及利用LBM方法模拟的计算过程。 本文首先采用单相LBM方法模拟封闭腔体内的纯流体Raleigh-Benard自然对流,得到不同Ra数下,封闭腔体内流体的温度和流线分布情况。接着,利用LBM的多相多组分模型,对纳米流体Raleigh-Benard对流的换热特性进行数值模拟,得到了纳米流体温度场和流线的分布,分析了不同Ra数下,纳米颗粒体积分数、纳米颗粒粒径对纳米流体平均Nu数的影响,总结了这些因素对纳米流体流动和换热的影响,并比较了传统的换热介质与纳米流体的换热性能。最后,本文利用LBM方法中的正模型和Inamuro热模型,模拟底部加热方腔内的单个液滴蒸发过程中液滴的形状变化,分析液滴及其周围的温度场和流线分布情况。
【关键词】：纳米流体 LBM Rayleigh-Benard 强化换热 平均Nu数
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.1;TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 纳米流体研究现状10-17
• 1.2.1 纳米流体制备方法10-11
• 1.2.2 纳米流体导热性能的研究11-13
• 1.2.3 纳米流体换热特性的研究13-17
• 1.3 格子Boltzmann方法的发展17-18
• 1.3.1 格子Boltzmann方法的研究状况17-18
• 1.3.2 格子Boltzmann方法的优点及应用18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 2 格子Boltzmann方法的基本介绍19-28
• 2.1 格子Boltzmann方法基础理论19-22
• 2.1.1 Boltzmann方程19
• 2.1.2 从Boltzmann方程到LBM方程19-22
• 2.2 格子Boltzmann方法的基本模型22-24
• 2.3 边界条件处理方法24-26
• 2.3.1 反弹格式24-25
• 2.3.2 非平衡外推格式25-26
• 2.4 格子Boltzmann方法的计算过程26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 利用格子Boltzmann方法模拟Rayleigh-Benard自然对流28-35
• 3.1 单相格子Boltzmann方法模型28-30
• 3.2 数值模拟及结果分析30-34
• 3.2.1 矩形腔内的Rayleigh-Benard自然对流30-31
• 3.2.2 方腔内的Rayleigh-Benard自然对流31-34
• 3.3 本章小结34-35
• 4 利用格子Boltzmann方法模拟纳米流体Rayleigh-Benard对流35-48
• 4.1 数值模拟35-43
• 4.1.1 物理模型及纳米流体的物性参数35-37
• 4.1.2 多相多组分格子Boltzmann方法模型37-39
• 4.1.3 纳米流体中受力分析39-43
• 4.2 模拟结果分析43-47
• 4.2.1 纳米流体与传统流体的对比分析43
• 4.2.2 颗粒粒径对纳米流体换热的影响43-45
• 4.2.3 体积浓度对纳米流体换热的影响45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 5 利用格子Boltzmann方法模拟方腔内单个液滴蒸发48-57
• 5.1 数值模拟48-51
• 5.1.1 物理模型48
• 5.1.2 格子Boltzmann方法模型48-51
• 5.2 模拟结果及分析51-56
• 5.2.1 方腔内液滴蒸发的形状变化51-53
• 5.2.2 方腔内液滴及其周围的温度场和流场分布53-56
• 5.3 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-64
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：396037