基于格子Boltzmann方法的非牛顿流体多孔介质流动的数值模拟研究

发布时间：2023-04-25 22:53

　　多孔介质内的流体流动问题已然成为了研究热点领域,不过目前的研究大多是针对于牛顿流体。而涉及到非牛顿流体的行业越来越多,包括食品、石油、化学、塑料等广泛领域。所以其在多孔介质中的流动也有着普遍的工程应用背景,例如化工工程中填充塔的性能优化、地下水的净化、矿产资源的开采以及尾气排放净化等问题。研究非牛顿流体在多孔介质内的流动特性具有具有重要的工程实际意义。格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM)作为一种介观分析方法具有众多优点,例如并行性能好、边界条件处理方便、计算效率高等。本文主要研究建立非牛顿流体多孔介质流动LBM的分析模型,并分析其流动规律。研究内容源自国家自然科学基金项目“基于格子Boltzmann方法多孔介质及两相流动的数值模拟研究”。首先基于渗流模型的LBM对在REV尺度多孔介质中的牛顿流体流动现象进行研究。该模型在演化方程中增加了一个作用力项,并且在平衡态分布函数和作用力项中引入了孔隙率,以此来体现多孔介质对流动的作用。通过计算机编程分别模拟了牛顿流体的平面Poiseuille流和充满多孔介质的等直流道中的流动,得到稳定后的速度场,将结果与...

【文章页数】：79 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方法在多孔介质方面的的研究进展
        1.2.3 LBM在广义牛顿流体方面的研究进展
    1.3 课题研究内容
    1.4 本文特色和创新之处
    1.5 本文工作和安排
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方法的基本模型
    2.3 边界条件处理
        2.3.1 周期性边界条件处理格式
        2.3.2 标准反弹格式
        2.3.3 非平衡态外推格式
        2.3.4 充分发展格式
    2.4 本章小结
第3章 多孔介质流动的LBM模型
    3.1 孔隙尺度LBE方法
    3.2 REV尺度LBE方法
        3.2.1 部分反弹模型
        3.2.2 阻力模型
    3.3 本章小节
第4章 牛顿流体在多孔介质中流动的数值模拟
    4.1 牛顿流体等直流道的数值模拟
        4.1.1 雷诺数的影响
        4.1.2 粘度的影响
    4.2 多孔介质参数
    4.3 多孔介质流的模拟验证
    4.4 多孔介质中的流动数值模拟对照实验
        4.4.1 雷诺数的影响
        4.4.2 粘度的影响
        4.4.3 孔隙率的影响
    4.5 多孔介质带来的影响
    4.6 本章小结
第5章 幂率流体在多孔介质流动的模型及数值模拟
    5.1 幂率流体在多孔介质流动模型
        5.1.1 幂率流体
        5.1.2 根据剪切粘度迭代求解松弛时间
        5.1.3 演化方程
    5.2 幂律流体多孔介质流动LBM模型验证
    5.3 幂率流体多孔介质流动的数值模拟
        5.3.1 雷诺数的影响
        5.3.2 孔隙率的影响
        5.3.3 幂律指数的影响
    5.4 Darcy数对幂律流体多孔介质流的影响
    5.5 轴对称的多孔介质流动格子Boltzmann模型
    5.6 轴对称的多孔介质流动数值模拟
    5.7 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



本文编号：3801219