【摘要】：微通道內(nèi)的混相驅(qū)替過程廣泛的存在于石油開采、二氧化碳的地下封存、航空航天等領(lǐng)域。因為驅(qū)替過程廣泛的應(yīng)用范圍,越來越多的學者們對這一課題進行了研究。格子Boltzmann方法作為一種重要的數(shù)值模擬研究手段,被用來研究處于滑移區(qū)的混相驅(qū)替過程�；茀^(qū)的微通道流動有兩個主要的問題,一是松弛時間和Knudsen數(shù)之間的關(guān)系,一個是會產(chǎn)生滑移速度的邊界格式的處理問題,本文在解決這兩個問題的基礎(chǔ)上對滑移區(qū)的單組分氣體和兩組分氣體進行了研究。本文利用基于動力學理論的兩流體模型,采用反彈和反射相混合的邊界條件格式對于光滑微通道和粗糙微通道內(nèi)混相驅(qū)替過程進行了模擬。驅(qū)替流體為氦氣和氙氣,被驅(qū)替流體為空氣。比較了氙氣驅(qū)替空氣和氦氣驅(qū)替空氣時中間界面速度的變化,出口處空氣濃度的變化,以及驅(qū)替時間的不同。以氙氣驅(qū)替空氣為例,不同的粗糙元對于驅(qū)替效率的影響。在兩流體驅(qū)替模擬之前,做了以下工作:(1)利用Poiseuille流對于所選的反彈和反射相混合的邊界進行驗證,將Knudsen數(shù)數(shù)通過松弛時間引入到模型中,并研究了在光滑微通道內(nèi)Knudsen數(shù)對于滑移速度、相對滑移長度、摩擦系數(shù)以及氣體流量的影響。(2)利用兩流體模型,模擬氙氣和氦氣驅(qū)替空氣影響因素。采用控制變量法,分別研究了兩流體之間的Peclet數(shù)和不同的密度比對于驅(qū)替過程的影響Peclet數(shù)。在以上工作的基礎(chǔ)上,對氙氣驅(qū)替空氣和氦氣驅(qū)替空氣進行研究。研究發(fā)現(xiàn),不管是在光滑壁面還是粗糙壁面的條件下,氙氣驅(qū)替空氣的時間較氦氣驅(qū)替空氣的時間更短,這是由于氙氣和空氣之間更高的Peclet數(shù)和更大的密度差導致的。氙氣驅(qū)替空氣和氦氣驅(qū)替空氣在粗糙微通道內(nèi)所用的時間均大于其在光滑壁面的時間,粗糙元的出現(xiàn)改變了流動中的阻力,并且隨著粗糙元間距的增大,高度的減小,阻力變小,驅(qū)替時間變短。
【圖文】：

效應(yīng)的出現(xiàn)，還有稀薄效應(yīng)的影響，氣體的稀薄效應(yīng)導致壁面出現(xiàn)速度滑移現(xiàn)象，壓縮效應(yīng)帶來了壓力的非線性分布。圖1.1 流動尺度Fig. 1.1 Flow scale微尺度流動中出現(xiàn)的稀薄效應(yīng)由 Knudsen 數(shù)（Kn）來衡量，，Knudsen 數(shù)的劃分如圖 1.1，Knudsen 數(shù)的定義為：HKn （1.1）式中， 是分子的平均自由程，H 代表流場的特征尺寸。22 PcRT （1.2）式中，R是格子 Boltzmann 常數(shù)，T 是流體的溫度，P 是流體的壓力,c 是氣體的分子直徑。根據(jù) Knudsen 數(shù)（Kn）的大小

（2.17）式（2.16）和式（2.17）給出了在入口和出口處粒子未知方向的分布函數(shù)的處理方法。圖2.2 周期性邊界Fig. 2.2 Periodic boundary
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB126

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