本文關(guān)鍵詞：基于LBM含多孔骨架儲(chǔ)能材料的固液相變傳熱研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變傳熱流動(dòng)過程廣泛存在于自然界和工程領(lǐng)域中,例如土壤凍融、相變儲(chǔ)能、建筑節(jié)能、電子設(shè)備散熱、枝晶生長(zhǎng)等。深入研究含多孔骨架儲(chǔ)能材料的固液相變傳熱規(guī)律,尤其是固液相變過程固液共存的區(qū)域——糊狀區(qū)內(nèi)的傳熱、流動(dòng)特性,有助于揭示多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變機(jī)理,可為工程應(yīng)用提供必要的理論依據(jù),具有十分重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。本文基于孔隙尺度,采用遵循質(zhì)量守恒、能量守恒和動(dòng)量守恒定律的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程,建立了含多孔骨架儲(chǔ)能材料的固液相變傳熱與流動(dòng)過程的數(shù)學(xué)模型。其中,孔隙內(nèi)固液相變過程中溫度場(chǎng)與含液率分布采用焓法耦合求解,糊狀區(qū)被簡(jiǎn)化為REV尺度多孔介質(zhì),即采用焓-多孔介質(zhì)模型,通過Brinkmann-Forchheimer-Darcy滲流模型,以含液率作為加權(quán)參數(shù)建立一區(qū)域方程描述含多孔骨架儲(chǔ)能材料的固液相變流動(dòng)過程,而相變過程采用焓法處理。針對(duì)含多孔骨架的儲(chǔ)能材料固液相變數(shù)學(xué)模型,采用介觀數(shù)值計(jì)算方法——格子Boltzmann方法(LBM)進(jìn)行求解。通過選擇合適的平衡態(tài)分布函數(shù)及非線性源項(xiàng)形式,建立了基于孔隙尺度的流動(dòng)與傳熱雙分布LBM模型,其中流場(chǎng)與溫度場(chǎng)均采用D2Q9格子模型離散。通過多種模型的經(jīng)典解對(duì)含多孔骨架的儲(chǔ)能材料固液相變LBM模型的有效性進(jìn)行了檢驗(yàn)。首先采用LBM針對(duì)無多孔骨架的方腔內(nèi)固液相變過程進(jìn)行分析,以獲得相變過程及糊狀區(qū)的基本規(guī)律,為含多孔骨架儲(chǔ)能材料的固液相變數(shù)值模擬及分析奠定基礎(chǔ)。在方腔內(nèi)固液相變的基礎(chǔ)上,為了深入探索多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變的流動(dòng)傳熱機(jī)理,基于孔隙尺度層面,采用LBM對(duì)含多孔骨架儲(chǔ)能材料的固液相變過程進(jìn)行模擬研究。對(duì)無多孔骨架的方腔內(nèi)固液相變研究結(jié)果表明：1)受自然對(duì)流影響,糊狀區(qū)是彎曲的,并且其對(duì)腔體內(nèi)速度場(chǎng)有十分明顯的影響,當(dāng)Fo數(shù)大于一定值時(shí),固液相變進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),此時(shí)融化率不會(huì)到達(dá)1；2)相變半徑越小,糊狀區(qū)的寬度越小,左壁面平均Nu數(shù)越大,但相變半徑對(duì)融化率影響并不大；3)Ste數(shù)越小,相變速度越慢,左壁面平均Nu數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng),但Ste數(shù)對(duì)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)融化率影響不大；4)Ra數(shù)越大,融化速率越快,且準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)的融化率越大,自然對(duì)流對(duì)左壁面平均Nu數(shù)影響越大,若Ra數(shù)增大到一定程度,左壁面平均Nu數(shù)會(huì)出現(xiàn)先迅速降低、后略微增大最后減小并穩(wěn)定的波動(dòng)變化過程；5)左壁面平均Nu數(shù)隨著Pr數(shù)增大而增大,但在高Pr數(shù)工況下,無糊狀區(qū)時(shí)左壁面平均Nu數(shù)基本不受Pr數(shù)影響,而糊狀區(qū)會(huì)使PR數(shù)增加對(duì)Nu數(shù)的影響增大。對(duì)含多孔骨架的固液相變研究表明：1)在相變前期,低孔隙率的融化速率要略高于高孔隙率,但進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí),高孔隙率的融化率以及融化速率要明顯高于低孔隙率工況,孔隙率越低,左壁面平均Nu數(shù)越�。�2)多孔骨架孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)液相在孔隙中流動(dòng)影響較大,而對(duì)于傳熱以及融化率影響較�。阂合嘣诳紫吨械牧鲃�(dòng)阻力越大,準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)融化率越低,左壁面平均Nu越小；3)多孔骨架幾何形態(tài)不同時(shí),相變過程還會(huì)受到傳熱差異造成的影響：圓形和方形骨架的左壁面平均Nu數(shù)明顯大于三角形骨架,已融化的液相在圓形和方形骨架孔隙中最大流速要明顯大于三角形骨架,由于圓形骨架對(duì)流動(dòng)阻礙較小,最有利于促進(jìn)相變?nèi)诨^程,但與高導(dǎo)熱率多孔骨架類似,由于對(duì)傳熱的促進(jìn),反而會(huì)降低準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)階段的融化率。
【關(guān)鍵詞】：固液相變 糊狀區(qū) 多孔骨架 格子Boltzmann方法
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB34
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變傳熱研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 格子Boltzmann方法在多孔介質(zhì)傳熱研究中的應(yīng)用13-14
• 1.4 格子Boltzmann方法在固液相變傳熱研究中的應(yīng)用14-15
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變的LBM模型17-30
• 2.1 多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變的數(shù)學(xué)模型17-22
• 2.1.1 基于孔隙尺度的數(shù)學(xué)模型17-20
• 2.1.2 固液相變的糊狀區(qū)數(shù)學(xué)模型20-22
• 2.2 多孔介質(zhì)內(nèi)格子Boltzmann模型22-26
• 2.2.1 LBM基本模型22-25
• 2.2.2 廣義LBM模型25-26
• 2.3 多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變的熱格子Boltzmann模型26-29
• 2.3.1 孔隙尺度的相變LBM模型26-28
• 2.3.2 糊狀區(qū)的相變LBM模型28-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 第3章 格子Boltzmann方法模型驗(yàn)證30-39
• 3.1 LBM模型參數(shù)設(shè)置30-31
• 3.2 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)31-32
• 3.3 方腔內(nèi)固液相變的LBM模型驗(yàn)證32-34
• 3.4 流固耦合的LBM模型驗(yàn)證34-35
• 3.5 REV尺度的LBM模型驗(yàn)證35-38
• 3.6 小結(jié)38-39
• 第4章 方腔內(nèi)固液相變數(shù)值模擬39-54
• 4.1 方腔內(nèi)固液相變的傳熱流動(dòng)過程研究39-47
• 4.1.1 糊狀區(qū)內(nèi)傳熱流動(dòng)研究39-43
• 4.1.2 相變半徑對(duì)固液相變過程的影響43-45
• 4.1.3 Ste數(shù)對(duì)固液相變過程的影響45-47
• 4.2 Ra數(shù)對(duì)固液相變過程的影響47-50
• 4.3 Pr數(shù)對(duì)固液相變過程的影響50-51
• 4.4 小結(jié)51-54
• 第5章 含多孔骨架儲(chǔ)能材料的固液相變數(shù)值模擬54-68
• 5.1 多孔骨架對(duì)固液相變過程影響54-57
• 5.2 孔隙率對(duì)固液相變過程影響57-60
• 5.3 孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)固液相變過程影響60-65
• 5.3.1 多孔骨架排列方式對(duì)固液相變過程影響60-61
• 5.3.2 多孔骨架幾何形態(tài)對(duì)固液相變過程影響61-64
• 5.3.3 骨架疏密度對(duì)固液相變過程影響64-65
• 5.4 小結(jié)65-68
• 第6章 結(jié)論及展望68-70
• 6.1 主要結(jié)論68-69
• 6.2 課題展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 主要符號(hào)表75-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況78

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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  本文關(guān)鍵詞：基于LBM含多孔骨架儲(chǔ)能材料的固液相變傳熱研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：288044