【摘要】：電(熱)對流是電流體動力學的基礎研究課題之一,隸屬傳熱學、流體力學、電動力學等多學科交叉領域�；陔妶龅闹鲃恿鲃涌刂萍皬娀瘋鳠峒夹g因其獨特優(yōu)勢(無需機械運動部件、低噪聲、快速響應和低能耗等)而受到廣泛關注。然而電場驅動傳熱傳質技術的理論基礎--電熱流體動力學現(xiàn)象的機理研究卻相對滯后。該研究的核心難點在于:(1)多物理場(包括電場、流場、溫度場、電荷分布場)的強烈非線性耦合(2)多學科交叉(包括流體力學、傳熱學、電磁學、電化學)。正是由于其本身的復雜性,電熱對流問題的理論分析、實驗和數(shù)值研究都相對匱乏,這極大地阻礙了電場驅動傳熱傳質技術的發(fā)展和應用。目前階段,關于此問題的理論研究重點關注簡單幾何電極結構系統(tǒng)(如雙平行平板、同心圓柱、針-板結構等)的線性穩(wěn)定性分析,絕大部分數(shù)值結果是基于傳統(tǒng)的求解宏觀控制方程組的方法(如有限體積法和有限單元法)。特別指出的是,國內(nèi)關于電對流和電熱對流的研究工作不多,且集中在電場強化換熱的實驗研究,對相關機理的探索較少。本文采用介觀格子-Boltzmann方法(LBM)求解電熱對流問題。作為一種介觀演化方法,LBM非常適合于求解電(熱)對流的瞬態(tài)多場耦合輸運過程,能夠較好地還原耦合過程中的物理震蕩以及消除非物理震蕩,捕捉瞬態(tài)對流過程中的線性和非線性穩(wěn)定臨界點。首先,通過理論分析完成格子-Boltzmann模型的構建;然后,基于分離結合機制開展二維電對流數(shù)值計算并逐漸過渡到單極注入機制下的三維電熱對流,繪制三維中性穩(wěn)定曲線。具體內(nèi)容如下:根據(jù)空間維度,采用D2Q9或D3Q17速度離散格式構建電荷分布場,電勢場,流場和溫度場的格子Boltzmann模型;采用分離結合機制,基于平行平板-圓環(huán)模型開展數(shù)值模擬工作,研究了電瑞利數(shù)T、解離速率常數(shù)W0、無量綱遷移率M以及徑寬比2R/L等參數(shù)的影響,此外,對二維圓方腔內(nèi)自然對流也進行了數(shù)值模擬;再者,模擬耦合溫差浮升力和電勢差庫侖力,分別從電瑞利數(shù)T、瑞利數(shù)Ra、無量綱遷移率M、無量綱電荷擴散率以及普朗特數(shù)Pr等多個控制參數(shù)研究其對三維電熱對流的影響,給出分析和強化傳質換熱的具體措施,采用線性穩(wěn)定性分析法繪制三維中性穩(wěn)定曲線。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文合機制在二維電對流數(shù)值模擬中略有描述；其次，至于電 熱對關物理場的控制方程和所對應 LBE 的構建將分別就流場、熱主要分單一電場庫侖力驅動的純電對流和耦合電場庫侖力和的電 熱對流兩個主要研究內(nèi)容。前者，純電對流的研究結enard 對流（RB 對流）頗為相似，如圖 1-1 左所示為 RB 對流似蜂窩的實驗結果圖展示出電對流和 RB 對流具有相似的正 對流由熱場溫度差產(chǎn)生的浮升力驅動形成，通過實驗觀察能狀結構而成為經(jīng)典問題。但囿于強烈非線性問題至今未能構建體系，，數(shù)值模擬技術的發(fā)展也未能及時得以突破，有效復現(xiàn)出到的六邊形流動結構仍然成為當今電流體力學研究領域內(nèi)一大后者，耦合傳熱過程的電對流即電熱對流問題，雖然基于純電熱場，但研究內(nèi)容相比較而言更為復雜，由此生發(fā)一系列電對流析與思考，將在后續(xù)內(nèi)容中逐漸呈現(xiàn)。

從二維平面升級為三維空間，不再對電對流模擬工作并形成一份較為全面的求解電熱對流電流體力學的基礎理論，給出介電液體中自由流體力學問題中多物理場控制方程組并構建推導控制參數(shù)具體的無量綱數(shù)學表達式，詳義。維平行平板-圓環(huán)為計算模型，基于格子 Bol離速率常數(shù) W0以及不同 R/L 比值對電對流流出強化流動的具體分析；再以方腔-圓柱為計的影響。維長方體為計算模型，在外加電場產(chǎn)生的庫侖研究電瑞利數(shù)，瑞利數(shù)，無量綱電荷遷移率要體現(xiàn)在流場形態(tài)、強度，電荷密度場分布措施。在既有的二維穩(wěn)定性曲線基礎之上，熱對流中性穩(wěn)定曲線。
【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】：2018
【分類號】：O361.4

【參考文獻】

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本文編號：2609830