本文關鍵詞：微尺度流動的格子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航時飛行的核心問題之一，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，問題的核心是建立能夠考慮稀薄效應的微溝槽減阻模型，，計算不同溝槽的減阻能力。借鑒MEMS中微尺度流動的處理方式，本文采用格子Boltzmann方法對矩形和V形溝槽的減阻能力進行了計算。 本文介紹了使用格子Boltzmann方法模擬微尺度流動最為重要的速度分布函數的概念。推導了Boltzmann方程，通過對Boltzmann方程的非線性積分項處理得到了Boltzmann-BGK方程，使用了D2Q9模型（一種離散方式）進行速度、空間、和時間離散并得到了格子Boltzmann方程。分析了微尺度流動中常用的幾種處理滑移邊界條件的方法和微尺度流動中弛豫時間關系的處理方式。 本文以這些基本概念和公式為基礎，建立了能夠考慮滑移邊界和一定稀薄效應的格子Boltzmann模型，使用C++語言編寫該模型的模塊化程序。通過典型的微通道流動模型，與Karniadakis提出的解析解對比驗證了該模型與程序的正確性和實用性 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，研究了連續(xù)介質區(qū)和滑移區(qū)內溝槽內流線形狀，分析了溝槽的減阻機理。最后，通過研究不同寬高比的V型溝槽和矩形溝槽壁面流動，研究了溝槽幾何形狀對流線和減阻規(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系。 研究表明，在連續(xù)介質區(qū)溝槽的減阻能力可以達到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計和微尺度MEMS技術提供重要的參考。
【關鍵詞】：減阻 微溝槽 飛艇蒙皮 稀薄效應 LBM
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：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 微尺度流動研究11-14
• 1.3 國內外研究現狀14-20
• 1.3.1 微尺度流動研究現狀14-16
• 1.3.2 溝槽壁面流動研究現狀16-18
• 1.3.3 格子 Boltzmann 方法研究現狀18-20
• 1.4 本文主要研究內容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29-31
• 第3章 考慮滑移邊界的微通道流動模擬31-41
• 3.1 微通道計算模型31-32
• 3.2 計算流程32-33
• 3.3 理論解33-34
• 3.4 分析結果34-39
• 3.5 本章小結39-41
• 第4章 考慮稀薄效應的溝槽壁面減阻模擬41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 計算模型41-42
• 4.3 格子單位與實際物理單位的變換42-43
• 4.4 連續(xù)條件下矩形溝槽和 V 形溝槽減阻模擬結果43-46
• 4.5 引入稀薄效應的溝槽減阻模擬結果46-49
• 4.6 幾何尺寸對不同溝槽的影響分析49-51
• 4.7 本章小結51-52
• 結論52-53
• 附錄53-62
• 參考文獻62-67
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果67-69
• 致謝69-70

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前6條

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  本文關鍵詞：微尺度流動的格子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：265208