多孔介質(zhì)內(nèi)的流體流動問題已然成為了研究熱點領(lǐng)域,不過目前的研究大多是針對于牛頓流體。而涉及到非牛頓流體的行業(yè)越來越多,包括食品、石油、化學(xué)、塑料等廣泛領(lǐng)域。所以其在多孔介質(zhì)中的流動也有著普遍的工程應(yīng)用背景,例如化工工程中填充塔的性能優(yōu)化、地下水的凈化、礦產(chǎn)資源的開采以及尾氣排放凈化等問題。研究非牛頓流體在多孔介質(zhì)內(nèi)的流動特性具有具有重要的工程實際意義。格子玻爾茲曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM)作為一種介觀分析方法具有眾多優(yōu)點,例如并行性能好、邊界條件處理方便、計算效率高等。本文主要研究建立非牛頓流體多孔介質(zhì)流動LBM的分析模型,并分析其流動規(guī)律。研究內(nèi)容源自國家自然科學(xué)基金項目“基于格子Boltzmann方法多孔介質(zhì)及兩相流動的數(shù)值模擬研究”。首先基于滲流模型的LBM對在REV尺度多孔介質(zhì)中的牛頓流體流動現(xiàn)象進行研究。該模型在演化方程中增加了一個作用力項,并且在平衡態(tài)分布函數(shù)和作用力項中引入了孔隙率,以此來體現(xiàn)多孔介質(zhì)對流動的作用。通過計算機編程分別模擬了牛頓流體的平面Poiseuille流和充滿多孔介質(zhì)的等直流道中的流動,得到穩(wěn)定后的速度場,將結(jié)果與...

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 論文研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 格子Boltzmann方法的發(fā)展
        1.2.2 格子Boltzmann方法在多孔介質(zhì)方面的的研究進展
        1.2.3 LBM在廣義牛頓流體方面的研究進展
    1.3 課題研究內(nèi)容
    1.4 本文特色和創(chuàng)新之處
    1.5 本文工作和安排
第2章 格子Boltzmann方法概述
    2.1 格子Boltzmann方法的理論基礎(chǔ)
    2.2 格子Boltzmann方法的基本模型
    2.3 邊界條件處理
        2.3.1 周期性邊界條件處理格式
        2.3.2 標(biāo)準反彈格式
        2.3.3 非平衡態(tài)外推格式
        2.3.4 充分發(fā)展格式
    2.4 本章小結(jié)
第3章 多孔介質(zhì)流動的LBM模型
    3.1 孔隙尺度LBE方法
    3.2 REV尺度LBE方法
        3.2.1 部分反彈模型
        3.2.2 阻力模型
    3.3 本章小節(jié)
第4章 牛頓流體在多孔介質(zhì)中流動的數(shù)值模擬
    4.1 牛頓流體等直流道的數(shù)值模擬
        4.1.1 雷諾數(shù)的影響
        4.1.2 粘度的影響
    4.2 多孔介質(zhì)參數(shù)
    4.3 多孔介質(zhì)流的模擬驗證
    4.4 多孔介質(zhì)中的流動數(shù)值模擬對照實驗
        4.4.1 雷諾數(shù)的影響
        4.4.2 粘度的影響
        4.4.3 孔隙率的影響
    4.5 多孔介質(zhì)帶來的影響
    4.6 本章小結(jié)
第5章 冪率流體在多孔介質(zhì)流動的模型及數(shù)值模擬
    5.1 冪率流體在多孔介質(zhì)流動模型
        5.1.1 冪率流體
        5.1.2 根據(jù)剪切粘度迭代求解松弛時間
        5.1.3 演化方程
    5.2 冪律流體多孔介質(zhì)流動LBM模型驗證
    5.3 冪率流體多孔介質(zhì)流動的數(shù)值模擬
        5.3.1 雷諾數(shù)的影響
        5.3.2 孔隙率的影響
        5.3.3 冪律指數(shù)的影響
    5.4 Darcy數(shù)對冪律流體多孔介質(zhì)流的影響
    5.5 軸對稱的多孔介質(zhì)流動格子Boltzmann模型
    5.6 軸對稱的多孔介質(zhì)流動數(shù)值模擬
    5.7 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻
致謝
碩士期間發(fā)表論文



本文編號：3801219