本文關鍵詞：基于LBM含多孔骨架儲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】：多孔介質內固液相變傳熱流動過程廣泛存在于自然界和工程領域中,例如土壤凍融、相變儲能、建筑節(jié)能、電子設備散熱、枝晶生長等。深入研究含多孔骨架儲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)內的傳熱、流動特性,有助于揭示多孔介質內固液相變機理,可為工程應用提供必要的理論依據,具有十分重要的科學意義和實用價值。本文基于孔隙尺度,采用遵循質量守恒、能量守恒和動量守恒定律的連續(xù)性方程、動量方程和能量方程,建立了含多孔骨架儲能材料的固液相變傳熱與流動過程的數學模型。其中,孔隙內固液相變過程中溫度場與含液率分布采用焓法耦合求解,糊狀區(qū)被簡化為REV尺度多孔介質,即采用焓-多孔介質模型,通過Brinkmann-Forchheimer-Darcy滲流模型,以含液率作為加權參數建立一區(qū)域方程描述含多孔骨架儲能材料的固液相變流動過程,而相變過程采用焓法處理。針對含多孔骨架的儲能材料固液相變數學模型,采用介觀數值計算方法——格子Boltzmann方法(LBM)進行求解。通過選擇合適的平衡態(tài)分布函數及非線性源項形式,建立了基于孔隙尺度的流動與傳熱雙分布LBM模型,其中流場與溫度場均采用D2Q9格子模型離散。通過多種模型的經典解對含多孔骨架的儲能材料固液相變LBM模型的有效性進行了檢驗。首先采用LBM針對無多孔骨架的方腔內固液相變過程進行分析,以獲得相變過程及糊狀區(qū)的基本規(guī)律,為含多孔骨架儲能材料的固液相變數值模擬及分析奠定基礎。在方腔內固液相變的基礎上,為了深入探索多孔介質內固液相變的流動傳熱機理,基于孔隙尺度層面,采用LBM對含多孔骨架儲能材料的固液相變過程進行模擬研究。對無多孔骨架的方腔內固液相變研究結果表明：1)受自然對流影響,糊狀區(qū)是彎曲的,并且其對腔體內速度場有十分明顯的影響,當Fo數大于一定值時,固液相變進入準穩(wěn)態(tài),此時融化率不會到達1；2)相變半徑越小,糊狀區(qū)的寬度越小,左壁面平均Nu數越大,但相變半徑對融化率影響并不大；3)Ste數越小,相變速度越慢,左壁面平均Nu數達到穩(wěn)定的時間越長,但Ste數對準穩(wěn)態(tài)融化率影響不大；4)Ra數越大,融化速率越快,且準穩(wěn)態(tài)時的融化率越大,自然對流對左壁面平均Nu數影響越大,若Ra數增大到一定程度,左壁面平均Nu數會出現先迅速降低、后略微增大最后減小并穩(wěn)定的波動變化過程；5)左壁面平均Nu數隨著Pr數增大而增大,但在高Pr數工況下,無糊狀區(qū)時左壁面平均Nu數基本不受Pr數影響,而糊狀區(qū)會使PR數增加對Nu數的影響增大。對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,但進入準穩(wěn)態(tài)時,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數越��；2)多孔骨架孔隙結構對液相在孔隙中流動影響較大,而對于傳熱以及融化率影響較�。阂合嘣诳紫吨械牧鲃幼枇υ酱�,準穩(wěn)態(tài)融化率越低,左壁面平均Nu越�。�3)多孔骨架幾何形態(tài)不同時,相變過程還會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,由于圓形骨架對流動阻礙較小,最有利于促進相變融化過程,但與高導熱率多孔骨架類似,由于對傳熱的促進,反而會降低準穩(wěn)態(tài)階段的融化率。
【關鍵詞】：固液相變 糊狀區(qū) 多孔骨架 格子Boltzmann方法
【學位授予單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 多孔介質內固液相變傳熱研究現狀12-13
• 1.3 格子Boltzmann方法在多孔介質傳熱研究中的應用13-14
• 1.4 格子Boltzmann方法在固液相變傳熱研究中的應用14-15
• 1.5 本文的主要研究內容15-17
• 第2章 多孔介質內固液相變的LBM模型17-30
• 2.1 多孔介質內固液相變的數學模型17-22
• 2.1.1 基于孔隙尺度的數學模型17-20
• 2.1.2 固液相變的糊狀區(qū)數學模型20-22
• 2.2 多孔介質內格子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 多孔介質內固液相變的熱格子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29-30
• 第3章 格子Boltzmann方法模型驗證30-39
• 3.1 LBM模型參數設置30-31
• 3.2 網格無關性檢驗31-32
• 3.3 方腔內固液相變的LBM模型驗證32-34
• 3.4 流固耦合的LBM模型驗證34-35
• 3.5 REV尺度的LBM模型驗證35-38
• 3.6 小結38-39
• 第4章 方腔內固液相變數值模擬39-54
• 4.1 方腔內固液相變的傳熱流動過程研究39-47
• 4.1.1 糊狀區(qū)內傳熱流動研究39-43
• 4.1.2 相變半徑對固液相變過程的影響43-45
• 4.1.3 Ste數對固液相變過程的影響45-47
• 4.2 Ra數對固液相變過程的影響47-50
• 4.3 Pr數對固液相變過程的影響50-51
• 4.4 小結51-54
• 第5章 含多孔骨架儲能材料的固液相變數值模擬54-68
• 5.1 多孔骨架對固液相變過程影響54-57
• 5.2 孔隙率對固液相變過程影響57-60
• 5.3 孔隙結構對固液相變過程影響60-65
• 5.3.1 多孔骨架排列方式對固液相變過程影響60-61
• 5.3.2 多孔骨架幾何形態(tài)對固液相變過程影響61-64
• 5.3.3 骨架疏密度對固液相變過程影響64-65
• 5.4 小結65-68
• 第6章 結論及展望68-70
• 6.1 主要結論68-69
• 6.2 課題展望69-70
• 參考文獻70-75
• 主要符號表75-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士學位期間論文發(fā)表及科研情況78

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前6條

1 徐偉;孫德宇;;中國被動式超低能耗建筑能耗指標研究[J];動感(生態(tài)城市與綠色建筑);2015年01期

2 鄭斌;李菊花;;基于Kozeny—Carman方程的滲透率分形模型[J];天然氣地球科學;2015年01期

3 柴振華;郭照立;施保昌;;利用多松弛格子Boltzmann方法預測多孔介質的滲透率[J];工程熱物理學報;2010年01期

4 江澤民;;對中國能源問題的思考[J];上海交通大學學報;2008年03期

5 錢吉裕;李強;宣益民;;Lattice-Boltzmann方法計算多孔介質內固液相變問題[J];自然科學進展;2006年04期

6 錢吉裕,李強,余凱,宣益民;確定復雜多孔材料有效導熱系數的新方法[J];中國科學E輯:工程科學 材料科學;2004年11期

中國碩士學位論文全文數據庫 前1條

1 邵九姑;用格子Boltzmann方法模擬研究多孔介質中的傳質傳熱問題[D];浙江師范大學;2012年

  本文關鍵詞：基于LBM含多孔骨架儲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：288044