本文關(guān)鍵詞：單氣泡沿過熱曲面運(yùn)動的格子Boltzmann方法模擬

  更多相關(guān)文章： 復(fù)雜流場 貼體坐標(biāo) GILBM LBM相變模型 氣泡生長運(yùn)動

【摘要】：標(biāo)準(zhǔn)的格子Boltzmann方法(LBM)在計算規(guī)則區(qū)域內(nèi)的流體流動和傳熱問題時有一定的優(yōu)勢,然而實際問題中流場區(qū)域往往具有不規(guī)則的復(fù)雜邊界,在這類問題中直角坐標(biāo)下的LBM方法不僅無法準(zhǔn)確描述計算域邊界,而且計算效率也不高,因此將貼體坐標(biāo)引入到標(biāo)準(zhǔn)的LBM熱模型和多相流模型中具有重要的現(xiàn)實意義。考慮到通用的插值格子Boltzmann方法(GILBM)在不規(guī)則區(qū)域中對流體流動計算的優(yōu)勢,本文將標(biāo)準(zhǔn)的LBM熱模型與之相結(jié)合,建立了貼體坐標(biāo)下的LBM熱模型。為了驗證改進(jìn)熱模型的適用性,首先用其計算了圓柱繞流問題,計算所得的流場流線分布、圓柱表面壓力系數(shù)及平均努賽爾數(shù)都與文獻(xiàn)中的結(jié)果吻合良好。而后又進(jìn)一步計算了水平圓環(huán)中的自然對流,當(dāng)Ra=5×104時,計算所得環(huán)形空間中的等溫線分布與Kuehn等人實驗拍攝的結(jié)果高度吻合,同樣環(huán)形空間內(nèi)外壁面上的局部當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的對比顯示：除了在環(huán)形空間底部的計算誤差較大,其他各處均吻合良好,平均相對誤差在3%以下。以上對比結(jié)果證明了貼體坐標(biāo)下的LBM熱模型在具有大曲率復(fù)雜邊界流場中應(yīng)用的可行性。鑒于貼體坐標(biāo)下的LBM熱模型在非等溫單相流體系統(tǒng)中計算的成功,本文又嘗試將GILBM方法與Dong等提出的直角坐標(biāo)下的復(fù)合LBM相變模型相結(jié)合,建立了相應(yīng)貼體坐標(biāo)下的復(fù)合LBM相變模型。在驗證模型的可行性方面,分別模擬了無重力條件下氣泡在過熱液體中的生長及水平過熱壁面上的生長躍離,所得結(jié)果分別與Mikic的解析解以及Mukherjee的實驗結(jié)果相吻合。然后進(jìn)一步用改進(jìn)的相變模型研究了不同Ja數(shù)下單氣泡沿過熱曲面的運(yùn)動特性,發(fā)現(xiàn)氣泡上升過程經(jīng)歷了沿壁面滑移和脫離壁面兩個階段,且Ja數(shù)越大氣泡生長越快,上升速度變化也越快。曲面導(dǎo)致的氣泡形變會使得氣泡速度變化產(chǎn)生波動,波動頻率和幅度與Ja數(shù)成正相關(guān)。氣泡并非一直生長變大,其在脫離壁面后,由于受到周圍過冷液體冷凝開始變小。氣泡對溫度場的擾動程度也與Ja數(shù)成正相關(guān),同時溫度場的劇烈變化也反過來影響氣泡的生長。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)雜流場 貼體坐標(biāo) GILBM LBM相變模型 氣泡生長運(yùn)動
【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】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 非等溫系統(tǒng)中氣泡動力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 LBM在復(fù)雜流場中的應(yīng)用現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本文的主要工作13-15
• 2 格子Boltzmann方法的理論和模型15-32
• 2.1 格子Boltzmann方法的基本原理15-17
• 2.2 計算邊界的處理17-20
• 2.2.1 周期邊界處理方法17-18
• 2.2.2 反彈邊界處理方法18-19
• 2.2.3 充分發(fā)展邊界處理方法19
• 2.2.4 非平衡態(tài)外推處理方法19-20
• 2.3 熱格子Boltzmann模型20-25
• 2.3.1 熱模型簡介20-22
• 2.3.2 封閉方腔自然對流22-25
• 2.4 格子Boltzmann多組分多相流模型25-31
• 2.4.1 多組分多相流模型簡介25-26
• 2.4.2 Zheng模型26-28
• 2.4.3 Laplace定律驗證28-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 3 貼體坐標(biāo)下的LBM理論32-43
• 3.1 貼體坐標(biāo)下的網(wǎng)格生成技術(shù)32-35
• 3.1.1 貼體坐標(biāo)的基本概念32-33
• 3.1.2 貼體網(wǎng)格的生成方法33-35
• 3.2 貼體坐標(biāo)下的格子Boltzmann方法35-41
• 3.2.1 通用的插值格子Boltzmann方法(GILBM)35-39
• 3.2.2 GILBM實施步驟39
• 3.2.3 45°斜方腔的頂蓋驅(qū)動流39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-43
• 4 單相復(fù)雜流場傳熱問題的數(shù)值計算43-59
• 4.1 貼體坐標(biāo)下的熱格子Boltzmann模型43-44
• 4.2 復(fù)雜流場傳熱問題的計算與模型驗證44-58
• 4.2.1 圓柱繞流44-50
• 4.2.2 水平同心環(huán)形空間自然對流50-55
• 4.2.3 水平偏心環(huán)形空間自然對流55-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 5 過熱曲面上氣泡運(yùn)動特性的數(shù)值研究59-73
• 5.1 貼體坐標(biāo)下的復(fù)合LBM相變模型59-63
• 5.1.1 直角坐標(biāo)下的復(fù)合LBM相變模型59-61
• 5.1.2 貼體坐標(biāo)下的復(fù)合LBM相變模型的建立61-63
• 5.2 貼體坐標(biāo)下的復(fù)合LBM相變模型的驗證63-66
• 5.2.1 無重力條件下過熱液體中氣泡的生長63-64
• 5.2.2 單氣泡在水平壁面上的生長和脫離64-66
• 5.3 過熱曲面上單氣泡運(yùn)動特性的模擬計算66-72
• 5.3.1 數(shù)值計算條件66-67
• 5.3.2 數(shù)值計算結(jié)果67-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 6 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論與創(chuàng)新73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 趙西增;;A CIP-Based Numerical Simulation of Free Surface Flow Related to Freak Waves[J];China Ocean Engineering;2013年06期

2 田輝;李國君;;改進(jìn)粒子水平集法及其應(yīng)用[J];計算物理;2013年06期

3 李維仲;馮玉靜;董波;張寧;;直角和貼體坐標(biāo)系下兩種格子Boltzmann方法的比較研究[J];計算力學(xué)學(xué)報;2014年03期

4 王德;周成;徐國進(jìn);;上方側(cè)注式雙輥鑄軋連鑄工藝的數(shù)值模擬[J];特種鑄造及有色合金;2013年12期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馮玉靜;董波;李維仲;;使用改進(jìn)的插值格子Boltzmann方法(GILBM)模擬復(fù)雜流動[A];高等學(xué)校工程熱物理第十九屆全國學(xué)術(shù)會議論文集[C];2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 李婷婷;彈性動力學(xué)變形的格子Boltzmann方法研究[D];吉林大學(xué);2013年

2 婁欽;微通道內(nèi)氣液兩相界面動力學(xué)的格子Boltzmann方法研究[D];華中科技大學(xué);2013年

3 夏盛勇;三氧化二鋁液滴碰撞機(jī)理及模型研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

4 蔣成剛;仿生超疏水表面濕潤性研究及應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 辜堅;一種自適應(yīng)浸入邊界法數(shù)值模型及其粘性繞流數(shù)值模擬研究[D];華南理工大學(xué);2013年

2 韓光華;越浪式波能發(fā)電裝置的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計研究[D];中國海洋大學(xué);2013年

3 林南盛;海洋結(jié)構(gòu)物運(yùn)動與載荷的SI-IB-VOF理論研究[D];華南理工大學(xué);2014年

4 卞恩杰;格子Boltzmann方法的改進(jìn)及應(yīng)用[D];上海理工大學(xué);2013年

5 金效興;低微重力場下池內(nèi)沸騰氣泡動力學(xué)及傳熱數(shù)值模擬[D];上海大學(xué);2014年

6 常麒;Coflowing液—液兩相形成機(jī)制以及過相界面?zhèn)髻|(zhì)計算模型的研究[D];天津大學(xué);2013年

7 辛琦;熔融鋁液遇水碎化分析及爆炸沖擊波能量轉(zhuǎn)化[D];北京理工大學(xué);2015年

8 賴彬彬;IBM-VOF數(shù)值模擬方法在船舶水動力分析運(yùn)用[D];華南理工大學(xué);2015年

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本文編號：540784