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

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

【摘要】：標(biāo)準(zhǔn)的格子Boltzmann方法(LBM)在計(jì)算規(guī)則區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)和傳熱問(wèn)題時(shí)有一定的優(yōu)勢(shì),然而實(shí)際問(wèn)題中流場(chǎng)區(qū)域往往具有不規(guī)則的復(fù)雜邊界,在這類問(wèn)題中直角坐標(biāo)下的LBM方法不僅無(wú)法準(zhǔn)確描述計(jì)算域邊界,而且計(jì)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(shí)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(duì)流體流動(dòng)計(jì)算的優(yōu)勢(shì),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(yàn)證改進(jìn)熱模型的適用性,首先用其計(jì)算了圓柱繞流問(wèn)題,計(jì)算所得的流場(chǎng)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(jì)算了水平圓環(huán)中的自然對(duì)流,當(dāng)Ra=5×104時(shí),計(jì)算所得環(huán)形空間中的等溫線分布與Kuehn等人實(shí)驗(yàn)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(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比顯示：除了在環(huán)形空間底部的計(jì)算誤差較大,其他各處均吻合良好,平均相對(duì)誤差在3%以下。以上對(duì)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(chǎng)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(jì)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(yàn)證模型的可行性方面,分別模擬了無(wú)重力條件下氣泡在過(guò)熱液體中的生長(zhǎng)及水平過(guò)熱壁面上的生長(zhǎng)躍離,所得結(jié)果分別與Mikic的解析解以及Mukherjee的實(shí)驗(yàn)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(guò)熱曲面的運(yùn)動(dòng)特性,發(fā)現(xiàn)氣泡上升過(guò)程經(jīng)歷了沿壁面滑移和脫離壁面兩個(gè)階段,且Ja數(shù)越大氣泡生長(zhǎng)越快,上升速度變化也越快。曲面導(dǎo)致的氣泡形變會(huì)使得氣泡速度變化產(chǎn)生波動(dòng),波動(dòng)頻率和幅度與Ja數(shù)成正相關(guān)。氣泡并非一直生長(zhǎng)變大,其在脫離壁面后,由于受到周圍過(guò)冷液體冷凝開始變小。氣泡對(duì)溫度場(chǎng)的擾動(dòng)程度也與Ja數(shù)成正相關(guān),同時(shí)溫度場(chǎng)的劇烈變化也反過(guò)來(lái)影響氣泡的生長(zhǎng)。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)雜流場(chǎng) 貼體坐標(biāo) GILBM LBM相變模型 氣泡生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(dòng)力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 LBM在復(fù)雜流場(chǎng)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(jì)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(jiǎn)介20-22
• 2.3.2 封閉方腔自然對(duì)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(jiǎn)介25-26
• 2.4.2 Zheng模型26-28
• 2.4.3 Laplace定律驗(yàn)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(shí)施步驟39
• 3.2.3 45°斜方腔的頂蓋驅(qū)動(dòng)流39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-43
• 4 單相復(fù)雜流場(chǎng)傳熱問(wèn)題的數(shù)值計(jì)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(chǎng)傳熱問(wèn)題的計(jì)算與模型驗(yàn)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(duì)流50-55
• 4.2.3 水平偏心環(huán)形空間自然對(duì)流55-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 5 過(guò)熱曲面上氣泡運(yùn)動(dòng)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(yàn)證63-66
• 5.2.1 無(wú)重力條件下過(guò)熱液體中氣泡的生長(zhǎng)63-64
• 5.2.2 單氣泡在水平壁面上的生長(zhǎng)和脫離64-66
• 5.3 過(guò)熱曲面上單氣泡運(yùn)動(dòng)特性的模擬計(jì)算66-72
• 5.3.1 數(shù)值計(jì)算條件66-67
• 5.3.2 數(shù)值計(jì)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)】

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4 王德;周成;徐國(guó)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

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本文編號(hào)：540784