發(fā)布時間：2017-05-26 07:07

  本文關(guān)鍵詞：利用LBM模擬納米流體Rayleigh-Benard流動及換熱特性，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展,工業(yè)產(chǎn)品趨于微型化,不僅需要提高產(chǎn)品集成度,同時還需要提高換熱設(shè)備的性能指標(biāo)。但是,隨著換熱設(shè)備的不斷改進(jìn)以及使用環(huán)境的特殊要求,傳統(tǒng)的強(qiáng)化換熱方法在實際應(yīng)用中受到了一些限制。因此,一些學(xué)者提出了一種新型的換熱介質(zhì)——納米流體。納米流體因納米顆粒的高導(dǎo)熱性,是一種潛在的高性能換熱流體,不僅能夠有效的提高換熱設(shè)備的傳熱性能,還可以提高設(shè)備的高效緊湊等性能指標(biāo),在航空航天、電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。為了更好的應(yīng)用納米流體,需要全面了解納米流體的換熱機(jī)制。本文利用格子Boltzmann方法對納米流體的流動和換熱特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。 格子Boltzmann方法(LBM)是基于分子動理論發(fā)展而來的介觀模擬方法,與傳統(tǒng)的計算方法相比,格子Boltzmann方法具有很多獨特的優(yōu)點。例如,物理圖像顯示清晰、邊界條件處理方便、計算程序簡單、并行性好。利用LBM方法研究納米流體,考慮了納米顆粒的隨機(jī)擴(kuò)散以及不連續(xù)分布情況,克服了傳統(tǒng)模擬方法的不足。該方法建立在離散的微觀模型上,容易處理納米粒子間作用力、粒子與流體間作用力等相互作用方面的問題,并且通過推導(dǎo)可以在宏觀層面上呈現(xiàn)流體的動態(tài),滿足模擬的真實性。本文介紹了LBM的基礎(chǔ)理論、基本模型、常見的邊界處理方法以及利用LBM方法模擬的計算過程。 本文首先采用單相LBM方法模擬封閉腔體內(nèi)的純流體Raleigh-Benard自然對流,得到不同Ra數(shù)下,封閉腔體內(nèi)流體的溫度和流線分布情況。接著,利用LBM的多相多組分模型,對納米流體Raleigh-Benard對流的換熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了納米流體溫度場和流線的分布,分析了不同Ra數(shù)下,納米顆粒體積分?jǐn)?shù)、納米顆粒粒徑對納米流體平均Nu數(shù)的影響,總結(jié)了這些因素對納米流體流動和換熱的影響,并比較了傳統(tǒng)的換熱介質(zhì)與納米流體的換熱性能。最后,本文利用LBM方法中的正模型和Inamuro熱模型,模擬底部加熱方腔內(nèi)的單個液滴蒸發(fā)過程中液滴的形狀變化,分析液滴及其周圍的溫度場和流線分布情況。
【關(guān)鍵詞】：納米流體 LBM Rayleigh-Benard 強(qiáng)化換熱 平均Nu數(shù)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TB383.1;TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 納米流體研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 納米流體制備方法10-11
• 1.2.2 納米流體導(dǎo)熱性能的研究11-13
• 1.2.3 納米流體換熱特性的研究13-17
• 1.3 格子Boltzmann方法的發(fā)展17-18
• 1.3.1 格子Boltzmann方法的研究狀況17-18
• 1.3.2 格子Boltzmann方法的優(yōu)點及應(yīng)用18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 2 格子Boltzmann方法的基本介紹19-28
• 2.1 格子Boltzmann方法基礎(chǔ)理論19-22
• 2.1.1 Boltzmann方程19
• 2.1.2 從Boltzmann方程到LBM方程19-22
• 2.2 格子Boltzmann方法的基本模型22-24
• 2.3 邊界條件處理方法24-26
• 2.3.1 反彈格式24-25
• 2.3.2 非平衡外推格式25-26
• 2.4 格子Boltzmann方法的計算過程26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 3 利用格子Boltzmann方法模擬Rayleigh-Benard自然對流28-35
• 3.1 單相格子Boltzmann方法模型28-30
• 3.2 數(shù)值模擬及結(jié)果分析30-34
• 3.2.1 矩形腔內(nèi)的Rayleigh-Benard自然對流30-31
• 3.2.2 方腔內(nèi)的Rayleigh-Benard自然對流31-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 利用格子Boltzmann方法模擬納米流體Rayleigh-Benard對流35-48
• 4.1 數(shù)值模擬35-43
• 4.1.1 物理模型及納米流體的物性參數(shù)35-37
• 4.1.2 多相多組分格子Boltzmann方法模型37-39
• 4.1.3 納米流體中受力分析39-43
• 4.2 模擬結(jié)果分析43-47
• 4.2.1 納米流體與傳統(tǒng)流體的對比分析43
• 4.2.2 顆粒粒徑對納米流體換熱的影響43-45
• 4.2.3 體積濃度對納米流體換熱的影響45-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 5 利用格子Boltzmann方法模擬方腔內(nèi)單個液滴蒸發(fā)48-57
• 5.1 數(shù)值模擬48-51
• 5.1.1 物理模型48
• 5.1.2 格子Boltzmann方法模型48-51
• 5.2 模擬結(jié)果及分析51-56
• 5.2.1 方腔內(nèi)液滴蒸發(fā)的形狀變化51-53
• 5.2.2 方腔內(nèi)液滴及其周圍的溫度場和流場分布53-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況64-65
• 致謝65-66

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 蘇風(fēng)民;馬學(xué)虎;陳嘉賓;張勇;;雙組分納米流體導(dǎo)熱系數(shù)研究[J];大連理工大學(xué)學(xué)報;2008年06期

2 李新芳;朱冬生;;封閉腔內(nèi)納米流體強(qiáng)化自然對流換熱的數(shù)值模擬[J];低溫與超導(dǎo);2009年01期

3 宣益民,胡衛(wèi)峰,李強(qiáng);納米流體的聚集結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱系數(shù)模擬[J];工程熱物理學(xué)報;2002年02期

4 李國棟,黃永念;水平流作用下行波對流的成長及周期性重復(fù)[J];物理學(xué)報;2004年11期

5 郗恒東;孫超;夏克青;;湍流熱對流中的動力學(xué)和傳熱研究[J];物理;2006年04期

6 余荔;寧利中;魏炳乾;周洋;袁U，

本文編號：396037