【摘要】：近年來(lái),多孔介質(zhì)在環(huán)境、能源、化工等諸多領(lǐng)域中扮演著舉足輕重的角色,如石油天然氣的開采、氫氣或二氧化碳的儲(chǔ)藏、用作良好的吸附介質(zhì)以及有效的傳熱強(qiáng)化介質(zhì)、污水處理以及空氣凈化等。其內(nèi)部流動(dòng)與傳熱的研究無(wú)論是在理論還是實(shí)際應(yīng)用中都有極其重要的意義。基于流體在多孔介質(zhì)中滲流和傳熱的廣泛應(yīng)用背景,本文基于非正交矩陣下的多松弛格子Boltzmann模型,在REV尺度上對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)與傳熱進(jìn)行了介觀數(shù)值研究,以期通過本文的研究使人們加深對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)與傳熱問題的認(rèn)識(shí)以及在工程應(yīng)用中提供一定的理論基礎(chǔ)。本文的主要工作和結(jié)論如下:(1)建立了多孔介質(zhì)單松弛雙分布熱格子Boltzmann模型,采用D2Q5模型離散溫度場(chǎng),D2Q9模型離散流場(chǎng),通過熱浮升力項(xiàng)將流動(dòng)和傳熱耦合起來(lái)。建立了適合于多孔介質(zhì)流動(dòng)的非正交矩陣下的多松弛格子Boltzmann模型,通過采用非正交轉(zhuǎn)換矩陣,建立了與之對(duì)應(yīng)的D2Q9速度場(chǎng)和D2Q5溫度場(chǎng),并基于Chapman-Enskog多尺度技術(shù)恢復(fù)了多松弛格子Boltzmann溫度方程。(2)與常規(guī)多松弛格子Boltzmann模型相比,本文采用非正交轉(zhuǎn)換矩陣中含有更多的零元素,也不用正交化,因而具有更高的計(jì)算效率,用構(gòu)造的模型對(duì)幾種典型的流動(dòng)換熱問題進(jìn)行模擬,包括熱平板間的泊肅葉流動(dòng)、平板間的混合對(duì)流、方腔內(nèi)自然對(duì)流三個(gè)經(jīng)典算例。通過溫度等值線圖和流線圖以及定量數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證了本模型的可行性和精確性,并且數(shù)值模擬結(jié)果表明:相對(duì)與現(xiàn)有的多松弛格子Boltzmann模型,本模型具有更好的數(shù)值穩(wěn)定性和更高的效率。(3)構(gòu)造了多孔介質(zhì)納米流體流動(dòng)換熱的非正交矩陣下的多松弛格子Boltzmann模型,并用純水對(duì)該模型進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證,進(jìn)一步模擬了二維方腔內(nèi)納米流體多孔介質(zhì)的速度、溫度以及壓力分布情況,考察了多孔介質(zhì)內(nèi)不同體積分?jǐn)?shù)(φ=0%、φ=3%和φ=5%)的Al_2O_3-水納米流體在不同Ra數(shù)(10~3~10~9)、Da數(shù)(10~(-2)~10~(-6))、不同納米流體粒徑(10nm、20nm、30nm)、不同孔隙率(0.4~0.9)以及不同寬高比(0.25~1)等多個(gè)因素對(duì)自然對(duì)流的影響,給出了不同參數(shù)變化時(shí)沿著熱壁面Nu數(shù)以及壁面平均Nu數(shù)的分布情況。表明在一定范圍內(nèi)隨著納米流體體積分?jǐn)?shù)的增大換熱增強(qiáng),但是在體積分?jǐn)?shù)較大時(shí)降低了流體速度,換熱能力變?nèi)?發(fā)現(xiàn)在體積分?jǐn)?shù)為3%時(shí)換熱達(dá)到一個(gè)最佳值,隨著Ra數(shù)、Da數(shù)、孔隙率ε的增大,高溫壁面平均Nu數(shù)增大,換熱增強(qiáng),在相同條件下,Ra數(shù)相對(duì)于Da數(shù)對(duì)于左壁面平均Nu數(shù)影響較大,隨著納米流體粒徑的減小,壁面平均Nu數(shù)增大。在矩形腔內(nèi),速度隨著寬高比A的增大而增大,等溫線隨著寬高比的增大彎曲地更加明顯,當(dāng)寬高比為0.25時(shí),低Ra數(shù)下3%的納米流體換熱的強(qiáng)化程度大于高Ra數(shù)強(qiáng)化程度。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK124
【圖文】：

T ζ1τ12= =，eα 是流體的有效擴(kuò)散系數(shù)，并且( )Ttteτδ δα + =21-104松弛溫度宏觀方程的恢復(fù)過程。ltzmann 方法的邊界處理過程中，邊界條件對(duì)于整個(gè)模擬的結(jié)果至關(guān)重要，在對(duì)于其他方法，在 LBM 中邊界處理更為簡(jiǎn)單，在這處理方法。彈格式體邊界常用標(biāo)準(zhǔn)反彈邊界進(jìn)行處理。在這種格式里發(fā)生急速逆轉(zhuǎn)，因此對(duì)邊界上的粒子直接作彈回處理

Boltzmann 方法的基本理論和基本模精度達(dá)不到要求。在隨后的研、半步長(zhǎng)反彈格式[72]被學(xué)者陸續(xù)操作方便，不會(huì)增加其他任何額理。反彈格式是LBM 的一個(gè)很明動(dòng)（多孔介質(zhì)、變形邊界）實(shí)施理量的定義去求解邊界上未知的知的分布函數(shù)這樣的邊界處理格移格式和質(zhì)量修正格式、Noble 衡態(tài)反彈格式是 Zou 與 He[74]在

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本文編號(hào)：2714084