Lattice-Boltzmann方法计算多孔介质内固液相变问题

建立了Lattice-Boltzmann 的相变导热模型，通过计算半无限空间内固体的融化过程（单区域问题）及半无限空间内液体的凝固过程（双区域问题）对模型进行了验证，结果表明模型的数值解与解析解非常一致，该模型能很好地预测相变问题中的固液界面位置和温度场. 运用LB相变导热模型模拟了具有复杂几何边界的多孔介质内相变过程，分析了多孔介质骨架对材料相变过程的影响.     

界面追踪法求解半空间双相Stefan问题

提出了一种定时间步长,以计算得到的移动界面位置作为网格节点且前后界面位置之差为空间步长(非等距)的界面追踪差分方式,用于凝固或融解过程的相变传热问题的计算．该方法在计算过程中能自动地逐步形成网格的划分．采用与分析解相结合的方法,对双相凝固问题进行了求解．与定壁温条件下的理论解对比,表明该方法的计算结果与理论解相吻合．     

空调用相变材料蓄冷凝固过程的数值模拟研究

用FLUENT软件对一种空调用相变材料蓄冷球凝固过程进行了数值模拟研究,得到了凝固过程中蓄冷球内温度场的分布及相界面的移动规律,将计算结果与试验结果进行了对比验证,证明了数值模拟结果的有效性,为进一步优化蓄冷系统提供理论方法及依据.     

热源周期振荡条件下一维融化问题的数值研究

借助空间坐标变换,把移动区域模型转化为固定区域模型,通过构造显式和隐式两种有限差分格式求解热源周期振荡条件下的一维融化问题.对所构造的两种差分格式分别研究它们的数值稳定性,比较它们的计算量和计算效率;应用这两种差分格式分别数值模拟融化过程中移动边界的运动及液态介质内温度场的分布.数值实验结果表明,这两种差分格式的数值结果吻合得非常好,而隐式差分格式的计算效率要明显优于显式差分格式.     

相变界面流动技术的计算精度

对用于固液相变问题数值模拟的界面流动技术的精度进行了讨论,分析表明对移动界面项使用一阶有限差分不能精确地描述界面的运动,特别是在解决如爆融情况下的高热流问题,建议使用二阶方法,其在所有情况下均可保证足够的精度。     

热参数扰动下一维相变传热定解问题的稳定性研究

研究热参数扰动对一维相变传热方程解的稳定性的影响,应用存在解析解的一维相变传热定解问题,运用数值试验研究了热参数存在误差时,中间值γ、相变面位置及各相温度的变化规律.寒区工程热稳定性的维护取决于对其温度场的准确计算和预测,温度场计算是一个相变导热问题,计算所用的热参数由试验测定,所产生的试验误差难以避免,热参数的误差或扰动是否会引起相变导热问题中相变界面及温度场产生误差是一个微分方程稳定性问题,然而,相变导热问题由于其强非线性,目前尚无解析方法对其稳定性进行判断与分析.分析计算表明,中间值γ的扰动受已冻区比热容c1影响最大;相变面位置的扰动受已冻区导热系数k1影响最大;各相温度场分布主要受该相热参数的影响,而对其它相的热参数不敏感.研究结果可以为寒区工程温度场计算时热参数的测试方法、测试精度等提供科学依据.     

模拟两相流动问题的修正扩展有限元方法

基于SUPG/PSPG稳定化方法,在处理两相流不连续问题时,引入修正扩展有限元方法使混合单元附加形函数满足单位分解原理,给出一种模拟两相流体流动问题的扩展有限元方法.在模拟两相流体流动过程中采用水平集方法捕捉流体运动界面.利用编制的计算程序模拟液体自由晃动问题,数值模拟结果与理论解一致.进一步采用本文方法和有限元方法模拟了溃坝流动问题,并将数值结果与实验结果进行比较,结果表明本文方法更有效.本文方法能够准确捕捉流体运动过程中两相界面的变化,且具有在计算过程中无需进行网格重构的优点.     

镜像流体法模拟单颗粒沉降和绕凸起物流动

提出一种新的计算流体力学方法,即镜像流体法,通过指定固体区域内的流场参数,使相界面边界条件隐含满足,使得固液两相运动可以在固定的欧拉坐标系中求解。采用SIMPLE算法和控制容积法离散控制微分方程组。利用镜像流体方法数值模拟了单个球形颗粒的自由沉降过程,以及幂律流体、Carreau—Bird流体和粘弹性的Oldroyd—B流体绕半圆环形、三角形和梯形凸起物的二维圆管流动问题,模拟结果与报道的实验数据及计算结果很接近,初步验证了本算法的可靠性。     

自然对流对套管式相变蓄热器蓄热性能的影响

针对蓄热器内相变材料融化、相变区域自然对流换热过程中蓄热效率不确定问题,以套管式相变蓄热器为基本结构,以添加质量分数为10%膨胀石墨的石蜡作为相变蓄热材料,采用数值模拟的方法研究由重力引起的自然对流对相变蓄热器蓄热性能的影响。结果表明,固液相密度差引起的自然对流对相变蓄热过程有明显的促进作用,数值模拟过程中,考虑与不考虑自然对流时,蓄热器的蓄热时间相差近2倍;不同区域相变材料受自然对流的影响不同,在相变材料融化前期,套管上方由于液相自然对流的影响,融化速率更快。根据蓄热器融化速率和融化状态的特点,通过传热过程理论分析,将融化过程进行分段,可以更加深入地了解蓄热器蓄热过程的机理和规律,为优化蓄热器结构提供理论依据。     

盾构出洞水平冻结解冻温度场三维有限元分析

为揭示人工冻土解冻规律,对某地铁区间隧道盾构出洞水平冻结工程融化温度场进行了三维数值模拟分析,并研究了土体导热系数、比热容、含水率和环境温度等因素变化对人工冻土融化温度场的影响.计算结果表明:冻结帷幕解冻所需热量主要来自于与隧道管片和混凝土槽壁接触的大气;解冻过程可为负温阶段、相变阶段和正温阶段,土体温度在负温阶段上升较快,相变阶段上升速度明显变缓,进入正温区后土体温度回升速度再次增大;负温阶段受比热容的影响比较显著,含水率增大引起相变阶段明显延长,导热系数和环境温度变化对三个阶段都有显著影响.为跟踪注浆控制融沉提供了理论依据.