發(fā)布時間：2017-12-10 11:16

  本文關鍵詞：基于LBM的復雜邊界和多孔介質(zhì)流動和傳熱問題的數(shù)值方法研究

  更多相關文章： 格子Boltzmann方法 浸沒邊界法 復雜邊界 多孔介質(zhì) 流動和傳熱 動量交換法

【摘要】：復雜邊界下和多孔介質(zhì)內(nèi)的流動和傳熱問題廣泛存在于自然界和工程應用中,相關的研究在機械工程、能源工程、化學工程等領域處于十分重要的地位。由于這兩類問題涉及復雜的熱-流-固相互作用,理論研究和實驗方法難以有效地刻畫其流動規(guī)律和傳熱特性,而數(shù)值模擬以其特有的優(yōu)勢逐漸成為一種被廣泛接受的研究方法。近年來流行的格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM),由于其粒子方法、介觀尺度背景和計算方面的優(yōu)勢,非常適合處理復雜邊界下和多孔介質(zhì)內(nèi)的流動和傳熱問題。盡管LBM已在這兩類問題的研究中取得了一些成果,但仍存在一些亟待解決的問題。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下:首先,在模擬復雜邊界下的流動和傳熱問題的算法方面:(1)基于體積格子Boltzmann模型,提出了一種求解流固耦合問題的修正的動量交換法。該方法可較為自由地設置邊界點,且計算過程中滿足幾何守恒律,因而有效地避免了流固相互作用力的非物理振蕩。此外,提出了一種求解顆粒運動方程的時間離散格式,可用于流固密度比接近于1或小于1的情形;(2)提出了一種處理帶復雜Dirichlet邊界條件的流動和傳熱問題的迭代IB-LBM。通過選擇合適的迭代次數(shù)和松弛參數(shù),速度和溫度Dirichlet邊界條件能夠得到更好的滿足;(3)基于界面跳條件和非光滑區(qū)域上的插值公式,提出了一種處理帶復雜Neumann邊界條件的流動和傳熱問題的IB-LBM,并采用該方法發(fā)現(xiàn)了同心環(huán)形腔內(nèi)的自然對流的一個新的穩(wěn)態(tài)解;(4)推導了流體/固體區(qū)域的帶源項的統(tǒng)一溫度場控制方程,界面溫度共軛條件可自動得到滿足�；谠摻y(tǒng)一控制方程,構造了一種求解流固共軛傳熱問題的純歐拉格子Boltzmann模型。其次,在模擬多孔介質(zhì)內(nèi)的流動和傳熱問題的算法方面:(1)構造了 REV尺度各向異性多孔介質(zhì)流動和傳熱問題的多松弛時間格子Boltzmann模型,并采用Chapman-Enskog方法證明了該模型對應的宏觀方程為各向異性Darcy-Brinkman-Forchheimer方程和能量方程。此外,使用該模型模擬了壁面附著各向異性多孔介質(zhì)層的自然對流問題,并分析了滲透率之比和熱傳導系數(shù)之比對流場結構以及傳熱性能的影響;(2)基于格子Boltzmann通量格式,提出了一種高效的求解Darcy-Brikmann-Forchhermer方程的有限體積法(FVM)。該方法采用重構基于通用多孔介質(zhì)流模型的LB方程的局部解的方式來獲得單元界面上的數(shù)值通量。流場控制方程的時間離散采用中點積分公式,放松了時間步長的限制。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK124

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1 陳永平,施明恒;基于分形理論的多孔介質(zhì)滲透率的研究[J];清華大學學報(自然科學版);2000年12期

2 司廣樹,姜培學,李勐;單相流體在多孔介質(zhì)中的流動和換熱研究[J];承德石油高等�？茖W校學報;2000年04期

3 李大鳴,張紅萍,李冰緋,高永祥;多孔介質(zhì)內(nèi)部流動模型及其數(shù)學模擬[J];天津大學學報;2002年06期

4 王建省;非對稱熱滲流域多孔介質(zhì)中的關鍵問題及研究方法[J];北方工業(yè)大學學報;2002年01期

5 施明恒,樊薈;多孔介質(zhì)導熱的分形模型[J];熱科學與技術;2002年01期

6 李傳亮;多孔介質(zhì)的應力關系方程——答周大晨先生[J];新疆石油地質(zhì);2002年02期

7 蘇向輝,昂海松,許鋒;多孔介質(zhì)傳熱傳濕過程多層不連續(xù)問題的數(shù)值分析[J];南京航空航天大學學報;2003年01期

8 郝錦志,雷樹業(yè),王補宣,蘆秋敏,馬斌;多孔介質(zhì)突破特性的薄層效應[J];清華大學學報(自然科學版);2004年02期

9 劉澤佳,李錫夔,武文華;多孔介質(zhì)中化學 熱 水力 力學耦合過程本構模型和數(shù)值模擬[J];巖土工程學報;2004年06期

10 王恩宇,程樂鳴,褚金華,施正展,駱仲泱,岑可法;漸變型多孔介質(zhì)中燃氣燃燒特性試驗研究[J];工程熱物理學報;2005年06期

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1 胥蕊娜;姜培學;趙陳儒;黃寓理;;流體在微多孔介質(zhì)中的流動研究[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

2 韋昌富;;多孔介質(zhì)力學理論及其應用[A];第九屆全國巖土力學數(shù)值分析與解析方法討論會特邀報告[C];2007年

3 黃拳章;鄭小平;姚振漢;;含液多孔介質(zhì)力學問題的邊界元法[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

4 饒文濤;李本文;;多孔介質(zhì)燃燒技術工業(yè)應用數(shù)值模擬研究[A];2010全國能源與熱工學術年會論文集[C];2010年

5 郁伯銘;員美娟;;多孔介質(zhì)中流體流動的分形分析[A];中國數(shù)學力學物理學高新技術交叉研究學會第十二屆學術年會論文集[C];2008年

6 郭尚平;于大森;吳萬娣;;生物臟器多孔介質(zhì)的孔徑分布和比面[A];全國第一屆生物力學學術會議論文匯編[C];1981年

7 劉志峰;趙剛;張有為;劉正鋒;李柯;王曉宏;;固體顆粒在逾滲多孔介質(zhì)中的吸附特性[A];第九屆全國滲流力學學術討論會論文集（一）[C];2007年

8 吳金隨;尹尚先;;顆粒堆積型多孔介質(zhì)內(nèi)孔喉模型的研究[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

9 黃拳章;鄭小平;姚振漢;;用邊界元法模擬含液多孔介質(zhì)的等效力學行為[A];北京力學會第十六屆學術年會論文集[C];2010年

10 王建省;王曉純;;具有流固熱耦合影響的可變形多孔介質(zhì)動態(tài)物質(zhì)面分界特征[A];“力學2000”學術大會論文集[C];2000年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 中國農(nóng)業(yè)大學工學院 劉相東;多孔介質(zhì)干燥理論與應用并行[N];中國化工報;2007年

2 饒文濤;多孔介質(zhì)燃燒新技術及應用[N];世界金屬導報;2009年

3 饒文濤;新一代燃燒技術——多孔介質(zhì)燃燒[N];中國冶金報;2009年

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1 張賽;多孔材料毛細孔收縮熱質(zhì)傳遞及分形特性研究[D];昆明理工大學;2015年

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3 李琪;懸浮微小顆粒在飽和多孔介質(zhì)中運移特性的理論及試驗研究[D];天津大學;2014年

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5 鄭佳宜;硅藻土基調(diào)濕材料內(nèi)熱濕遷移過程及其在建筑中的應用研究[D];東南大學;2015年

6 陳仲山;多孔介質(zhì)內(nèi)熱質(zhì)彌散及湍流預混火焰特性的雙尺度研究[D];大連理工大學;2015年

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8 胡洋;基于LBM的復雜邊界和多孔介質(zhì)流動和傳熱問題的數(shù)值方法研究[D];北京交通大學;2017年

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10 劉宏升;基于多孔介質(zhì)燃燒技術的超絕熱發(fā)動機的基礎研究[D];大連理工大學;2008年

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1 張洋;重金屬污染物在多孔介質(zhì)中的遷移模型與仿真[D];重慶大學;2012年

2 范雪晶;液體形態(tài)對顆粒堆積型多孔介質(zhì)傳遞特性的影響[D];山東建筑大學;2015年

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5 劉璐;基于多孔介質(zhì)理論的折褶濾芯數(shù)學模型研究[D];沈陽理工大學;2015年

6 王雨晴;太陽能多孔介質(zhì)空氣吸熱器傳熱特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

7 李晟昊;孔隙尺度下多孔介質(zhì)聲傳播的格子Boltzmann數(shù)值模擬研究[D];大連理工大學;2015年

8 周欣歡;均質(zhì)流體及多孔介質(zhì)溫度分布的磁共振測量[D];大連理工大學;2015年

9 朱自浩;多孔介質(zhì)中天然氣水合物降壓分解特性研究[D];大連理工大學;2015年

10 湯凌越;多孔介質(zhì)內(nèi)油氣混相與擴散特性實驗研究[D];大連理工大學;2015年

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