粘弹性绕流及颗粒两相流动的格子Boltzmann方法数值模拟

发布时间：2021-06-20 12:58

　　粘弹性流体广泛存在于自然界和生产生活中,粘弹性流体的流动问题和颗粒在粘弹性流体中的运动沉降问题对于高聚物的成型具有重要意义。由于粘弹性流体的弹性效应与时间相关,两相流动数值模拟的复杂性使得传统的CFD方法在这方面仍存在一些困难。格子Boltzmann方法作为一种高效便捷的介观模拟方法,在处理多相问题时具有明显的优势。本文主要研究内容来自于国家自然科学基金项目“基于格子Boltzmann方法（LBM）粘弹流体挤出胀大及多相流动的数值模拟研究”,旨在通过格子Boltzmann方法模拟分析粘弹性流体及多相流的流动规律。本文的主要内容包括:首先,针对粘弹性流体的二维扩张流问题,应用LBM给出了不可压缩的Navier-Stokes方程和Oldroyd-B本构方程的求解方法和步骤,以及相应的边界处理格式,分析了雷诺数Re和威森伯格数Wi对粘弹性流体扩张流流动的影响。结果表明:当Wi不变时,随着Re的增大,涡心远离角点,回流长度Lr增大,而Re则对构型张量A的变化影响较小;当Re不变时,随着Wi的增大,出口处构型张量分量Axx、Axy的变化幅度明显增大,涡心趋向角点,回流长度Lr减小。然后,针对粘弹... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【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 论文研究背景和意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 格子Boltzmann方法的发展
        1.2.2 格子Boltzmann方法在粘弹性流体的应用
        1.2.3 格子Boltzmann方法对两相流问题的应用
    1.3 本文研究内容
    1.4 本文特色和创新之处
第2章 格子Boltzmann方法概述
    2.1 格子Boltzmann方法的理论基础
    2.2 格子Boltzmann方法(LBM)的基本模型
    2.3 格子Boltzmann方法的初始和边界条件
    2.4 本章小结
第3章 粘弹性流体扩张流动的数值模拟
    3.1 粘弹性流体的介绍
        3.1.1 粘弹性流体的性质
        3.1.2 粘弹性流体的本构方程
        3.1.3 数值求解方法
    3.2 粘弹性流体扩张流问题的模拟分析
        3.2.1 粘弹流体扩张流问题的描述
        3.2.2 扩张流出入口有关量的对比
        3.2.3 雷诺数Re对扩张流流动的影响
        3.2.4 威森伯格数Wi对扩张流流动的影响
    3.3 本章小结
第4章 粘弹性流体绕柱流动的数值模拟
    4.1 粘弹性流体绕柱流问题
        4.1.1 复杂边界处理格式
        4.1.2 阻力的计算
    4.2 粘弹性流体绕柱流的格子Boltzmann方法数值模拟
        4.2.1 圆柱绕流问题与结果分析
        4.2.2 椭圆绕柱流问题与结果分析
        4.2.3 竖排双圆柱绕流问题与结果分析
    4.3 本章小结
第5章 颗粒在粘弹性流体扩张流中运动的数值模拟
    5.1 流固两相流的LBE方法
        5.1.1 基于有限体积颗粒的LBE方法
        5.1.2 基于点源颗粒的LBE方法
    5.2 粘弹性扩张流中颗粒沉降的数值模拟
        5.2.1 颗粒在粘弹性扩张流中的沉降问题描述
        5.2.2 颗粒沉降结果与分析
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
硕士期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于格子Boltzmann方法的挤出胀大的数值模拟[J]. 李勇,尤文玉,何录武.  力学季刊. 2016(02)
[2]细微颗粒在方腔自然对流中运动特性的格子Boltzmann模拟[J]. 李勇.  资源节约与环保. 2015(07)
[3]并列双椭圆柱绕流的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟研究[J]. 聂德明,郑梦娇,高原,林建忠.  计算力学学报. 2014(04)
[4]横向振荡圆柱绕流的格子Boltzmann方法模拟[J]. 龚帅,郭照立.  力学学报. 2011(05)
[5]流固耦合力学概述[J]. 邢景棠,周盛,崔尔杰.  力学进展. 1997(01)

博士论文
[1]基于格子Boltzmann方法的非常规颗粒两相流的机理研究[D]. 王亮.华中科技大学 2012

硕士论文
[1]粘弹性流体流固耦合的数值模拟研究[D]. 卢杨.中国科学技术大学 2017
[2]基于格子Boltzmann方法（LBM）扩展流动的数值模拟[D]. 薛盼.华东理工大学 2015



本文编号：3239239