本文關(guān)鍵詞：微尺度流動(dòng)的格子Boltzmann方法及其模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：如何減小阻力節(jié)約能源消耗是大型平流層飛艇保證長(zhǎng)航時(shí)飛行的核心問(wèn)題之一，在飛艇蒙皮表面鋪上微尺度溝槽有可能減少阻力節(jié)約能源�？紤]到平流層空氣的稀薄性，問(wèn)題的核心是建立能夠考慮稀薄效應(yīng)的微溝槽減阻模型，，計(jì)算不同溝槽的減阻能力。借鑒MEMS中微尺度流動(dòng)的處理方式，本文采用格子Boltzmann方法對(duì)矩形和V形溝槽的減阻能力進(jìn)行了計(jì)算。 本文介紹了使用格子Boltzmann方法模擬微尺度流動(dòng)最為重要的速度分布函數(shù)的概念。推導(dǎo)了Boltzmann方程，通過(guò)對(duì)Boltzmann方程的非線性積分項(xiàng)處理得到了Boltzmann-BGK方程，使用了D2Q9模型（一種離散方式）進(jìn)行速度、空間、和時(shí)間離散并得到了格子Boltzmann方程。分析了微尺度流動(dòng)中常用的幾種處理滑移邊界條件的方法和微尺度流動(dòng)中弛豫時(shí)間關(guān)系的處理方式。 本文以這些基本概念和公式為基礎(chǔ)，建立了能夠考慮滑移邊界和一定稀薄效應(yīng)的格子Boltzmann模型，使用C++語(yǔ)言編寫(xiě)該模型的模塊化程序。通過(guò)典型的微通道流動(dòng)模型，與Karniadakis提出的解析解對(duì)比驗(yàn)證了該模型與程序的正確性和實(shí)用性 隨后本文分別研究了連續(xù)和稀薄氣體條件下微溝槽壁面的流動(dòng)，研究了連續(xù)介質(zhì)區(qū)和滑移區(qū)內(nèi)溝槽內(nèi)流線形狀，分析了溝槽的減阻機(jī)理。最后，通過(guò)研究不同寬高比的V型溝槽和矩形溝槽壁面流動(dòng)，研究了溝槽幾何形狀對(duì)流線和減阻規(guī)律的影響，分析了溝槽減阻能力和溝槽形狀和幾何尺寸的關(guān)系。 研究表明，在連續(xù)介質(zhì)區(qū)溝槽的減阻能力可以達(dá)到6%。然而在同樣的溝槽類型和幾何尺寸，在滑移區(qū)，減阻能力將減小到2.5%或更少。合理的溝槽形狀和幾何尺寸會(huì)使得流體形成充分發(fā)展的渦，減小流體和壁面之間的剪切力。本文的研究將為臨近空間飛艇蒙皮設(shè)計(jì)和微尺度MEMS技術(shù)提供重要的參考。
【關(guān)鍵詞】：減阻 微溝槽 飛艇蒙皮 稀薄效應(yīng) LBM
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：V274
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題背景及研究目的和意義9-11
• 1.2 微尺度流動(dòng)研究11-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3.1 微尺度流動(dòng)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.2 溝槽壁面流動(dòng)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.3 格子 Boltzmann 方法研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 格子 Boltzmann 方法的基本理論21-31
• 2.1 粒子的速度分布函數(shù)21-22
• 2.2 Boltzmann 方程和其 BGK 近似22-23
• 2.3 格子 Boltzmann 方法23-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第3章 考慮滑移邊界的微通道流動(dòng)模擬31-41
• 3.1 微通道計(jì)算模型31-32
• 3.2 計(jì)算流程32-33
• 3.3 理論解33-34
• 3.4 分析結(jié)果34-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第4章 考慮稀薄效應(yīng)的溝槽壁面減阻模擬41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 計(jì)算模型41-42
• 4.3 格子單位與實(shí)際物理單位的變換42-43
• 4.4 連續(xù)條件下矩形溝槽和 V 形溝槽減阻模擬結(jié)果43-46
• 4.5 引入稀薄效應(yīng)的溝槽減阻模擬結(jié)果46-49
• 4.6 幾何尺寸對(duì)不同溝槽的影響分析49-51
• 4.7 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 附錄53-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果67-69
• 致謝69-70

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

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  本文關(guān)鍵詞：微尺度流動(dòng)的格子Boltzmann方法及其模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：265208