倾斜角对方腔内非稳态自然对流影响的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法构建非稳态方腔自然对流的数学模型,并进行模型验证,分析流场和温度场随时间的变化,重点讨论瑞利数Ra、倾斜角度θ对方腔内非稳态流动特性和传热特性的影响.结果表明:随着瑞利数Ra增大,平均努塞尔数Nu_a变大.瑞利数Ra=10~4、Ra=10~5和Ra=10~6工况的平均努塞尔数Nu_a曲线发生波动,瑞利数Ra=10~3工况的平均努塞尔数Nu_a曲线未产生波动.瑞利数Ra=10~6工况的稳定时间最短,瑞利数Ra=10~4工况的稳定时间最长.倾斜角度θ=0°和θ=30°工况的平均努塞尔数最优,且稳定时间最短;倾斜角度θ=90°和θ=270°工况的平均努塞尔数最差.     

自然对流融化过程的格子Boltzmann方法模拟及分析

采用基于焓法的格子Boltzmann方法对方腔内相变材料的融化传热及液相流体流动过程进行数值模拟,重点分析Rayleigh数对融化相变传热过程的影响,并通过源强化传热概念及场协同理论,从新的角度去认识其传热机理.研究表明Rayleigh数对融化传热过程有着重要的影响,一方面Rayleigh数增加能够强化加热面的换热性能,但另一方面随着Rayleigh数增大其强化换热的程度减弱,这主要是因为随着Rayleigh数增大,速度场与温度梯度场之间协同性整体上变得越来越差.     

用于界面对流模拟的格子Boltzmann方法

通过引入外力修正系数和界面对流强度,在介观尺度上运用格子Boltzmann方法模拟乙酸乙酯吸收二氧化碳传质过程的界面Rayleigh对流现象。基于实验测定的流场平均速度值来确定外力修正系数,在外力修正系数确定的条件下,进行了平均速度分析,其结果与实验相符;并且考查了平均浓度和界面对流强度随时间变化关系。     

封闭方腔自然对流的格子-Boltzmann方法动态模拟

以压力分布函数和内能密度分布函数为基本演化变量,构建了一个新的不可压缩的双分布函数热格子-Boltzmann模型.对封闭方腔内自然对流进行数值分析的结果表明,该模型可以克服原模型的可压缩效应,并在一定程度上提高了计算结果的数值精度.以此模型动态模拟封闭方腔自然对流的形成和演化过程的结果表明:Ra越大,流场的演化越复杂,稳定状态下方腔内涡的数量越多,高低温壁面附近的换热越强烈,压强逐渐呈现出中心低,上、下壁面附近高的对称分布.     

二维对流扩散方程的格子Boltzmann方法模拟

用九速正方格子模型给出二维对流扩散方程的格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法。由对流扩散方程的对流系数和扩散系数确定局域平衡分布函数系数。计算机模拟结果与理论结果很好吻合。     

圆内开缝圆环形空间自然对流的格子Boltzmann模拟

采用耦合热格子Boltzmann模型,对圆内开缝圆环形空间自然对流进行了数值模拟,分析了瑞利数Ra(10~4≤Ra≤10~6)和开缝度S(0.1≤S≤0.4)对环形空间内流动与换热的影响。模拟结果表明:随着瑞利数增加,环形空间内自然对流换热会出现较强的不稳定性,流型转化也较丰富,存在4种流型,稳定的二涡流、四涡流、二涡流和四涡流之间振荡的交变流以及振荡的二涡流;此外,开缝度的改变对环形空间内自然对流换热影响是显著的。随着开缝度的增大,流体更易形成多涡流型,进而增强流体扰动,流动不稳定性增强;另外,增大开缝度虽能增强环形空间内自流换热,但不是开缝度越大越好,而是存在一个最佳临界开缝度。     

格子Boltzmann方法模拟气固两相流

利用格子Boltzmann方法对气固两相流进行数值模拟,其中颗粒的轨迹利用指数拉格朗日方法进行计算,而流场的计算方法则是基于一种修正后的LBGK模型．特点在于成功引入了两相耦合机制来处理模型中输运相和颗粒相之间的交互作用,这种新的模型适用于模拟气固两相流．     

基于格子Boltzmann方法的热毛细对流数值模拟研究

为研究Prandtl(Pr)数和纵横比(Ar)对侧壁差异加热的矩形液池内热毛细对流的影响,利用基于双密度分布函数的格子玻尔兹曼(Boltzmann)方法进行二维数值模拟。引入速度偏离率和偏差温度,分别衡量速度的波动和热毛细对流对温度场的影响。结果表明:热毛细对流随着Pr(0.1~100)的减小或Ar(0.2~2)的增大而增强;当热毛细对流较强时速度的波动也增强了,同时能量在冷壁端部积聚;当其它参数恒定而Pr在10~100范围内变化时,温度场几乎不变;当Ar≥1时,Ar对自由表面的速度和温度分布影响很小。     

不同冷热壁面对方腔内对流换热影响的格子Boltzmann模拟

基于格子Boltzmann方法，选取多弛豫时间(MRT)模型对具有局部冷热壁面立体方腔中的三维自然对流换热进行模拟研究。分别采用三维D3Q19模型描述速度场，D3Q7模型描述温度场，研究不同瑞利数Ra（10³≤Ra≤10⁵）和局部冷热壁面位置变化对三维方腔内自然对流的影响。结果表明：冷热壁面的布置方式对流动换热有显著影响，且瑞利数Ra越大，其影响效果越明显。其中，冷热壁面均处于中间位置（工况5）的自然对流换热能力最强，并且随着Ra逐渐增大，自然对流能力增强，流线逐渐复杂。在相同工况条件下，随着Ra增大，平均努塞尔数Nu_av也逐渐增加，换热能力增强。在相同Ra条件下， 工况5的Nu_av最大，表明其自然对流换热能力最强。     

一维对流扩散方程的格子Boltzmann方法

给出一维对流扩散方程的格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法,并确定方法中的粘滞系数与对流系数的关系,计算机模拟表明理论结果是正确的。     

空间分数阶对流方程的格子Boltzmann方法

建立了格子Boltzmann模型来数值求解空间分数阶对流方程. 通过积分中值定理和线性插值方法将分数阶导数离散化,并结合Taylor展式和Chapman-Enskog多尺度展开推导出各方向上的平衡态分布函数. 对于一维和二维问题,数值算例验证了格子Boltzmann方法的有效性.     

用格子Boltzmann方法模拟正弦曲线底边方腔内流动

采用格子Boltzmann方法数值模拟正弦曲线底边方腔内流动, 分析了格子Boltzmann方法处理曲线边界的特性.在曲线边界的处理中采用二阶精度的曲线边界处理方法, 将反弹格式和内插法相结合, 计算方法可靠、准确且易于执行.计算了流线图、等涡线图和涡心位置, 并分析了流场随Re数的变化.     

Burgers方程的格子Boltzmann方法模拟

用一维格子Boltzmann方法构造O(ε^4)的Burgers方程模型．格子Boltzmann方法的数值模拟结果与具有特定边界条件的Burgers方程的解析解精确吻合．     

沸腾过程的格子Boltzmann方法模拟

提出了一种新的描述气液相变过程的格子Boltzmann理论模型,并利用该模型对液化和蒸发过程进行了模拟.对液化过程的计算结果表明,气相的体积分数、液相和气相的密度与理论解的最大相对误差分别为1.18%、0.23%、0.32%,而蒸发过程的计算结果相应的最大相对误差分别为0.08%、0.48%、0.20%,较前人研究的结果更接近理论解.为进一步验证该模型模拟复杂相变问题的可行性,利用该模型对池内沸腾和垂直管道中的流动沸腾现象进行了模拟,观察到气泡随时间变化不断长大,气泡受浮升力的影响脱离壁面,以及气泡在液相中上升时发生碰撞、聚合等现象.     

二维方腔内热表面张力流的格子Boltzmann方法模拟

热表面张力驱动的对流是微重力下浮区法晶体生长中熔体最重要的物质与热输运方式。采用单松弛双分布函数格子Boltzmann模型,自主开发了相应的格子Boltzmann方法的串行和MPI并行程序包,并应用该程序包对开口方腔内流体的二维热表面张力对流进行了数值模拟研究。其中串行程序合并碰撞迁移过程和引入临时数组以连续读入分布函数,相比分开碰撞迁移过程,计算性能提高了二倍;在此基础上,采用单向计算区域分区和非阻塞通信模式,实现了MPI版格子Boltzmann并行程序包开发。对比基于传统有限体积法CFD程序计算结果表明,串行和MPI并行版格子Boltzmann程序包计算结果精确可靠;并行程序具有较好的性能。     

用lattice Boltzmann方法模拟矩形竖腔内混合对流

用lattice Boltzmann方法(LBM)模拟了纵横比(高度与宽度之比)大于1的矩形竖腔内同时存在自然对流和强制对流的混合流动时流场与温度场分布.比较了不同雷诺数(Re)、瑞利数(Ra)下矩形腔的流场分布在不同纵横比时的特点,研究了这些参数值对混合对流换热的影响,提出混合对流存在时Re和Ra对流动和换热的影响可由Richardson数(Ri)综合反映,并得到在不同纵横比时平均Nusselt数(Nu)随Ra和Re的变化关系式.与常用的LBGK模型不同,用了LB力矩模型.     

用格子Boltzmann研究多孔介质内的自然对流换热问题

用格子Boltzmann方法研究了方腔内二维多孔介质由于不均匀温度分布产生的浮力效应而引起的自然对流传热问题.通过数值模拟得到了多孔介质内流体的流场和温度场.详细讨论了孔隙度对自然对流传热的影响,并对孔隙度变化情况下的自然对流传热问题也进行了探讨.研究结果表明,在孔隙度恒定,且Da数比较小(≤10-6)的情况下,当Ra数较低时,孔隙度对自然对流传热的影响很小,当Ra数足够大时需要考虑孔隙度变化的影响;而在Da数较大(≥10-2)情况下,孔隙度对自然对流传热的影响非常明显.在孔隙度线性变化情况下,中间孔隙度c对自然对流传热有一定的影响,且对流与传热随着c的增大而变得剧烈.     

用格子Boltzmann方法模拟正弦曲线底边方腔内流动

采用格子Boltzmann方法数值模拟正弦曲线底边方腔内 流动, 分析了格子Boltzmann方法处理曲线边界的特性. 在曲线边界的处理中采用二阶精度的曲线边界处理方法, 将反弹格式和内插法相结合, 计算方法可靠、 准确且易于执行. 计算了流线图、 等涡线图和涡心位置, 并分析了流场随Re数的变化.     

应用FPM方法模拟封闭方腔自然对流

为验证有限粒子方法（FPM）能否很好地模拟自然对流问题,采用FPM方法对封闭方腔自然对流问题进行了数值模拟. 对FPM方法进行详细描述,并利用FPM方法对拉格朗日型的N-S方程进行离散,基于离散后的方程对瑞利数Ra分别为104,105,106的封闭方腔自然对流问题进行数值模拟,给出了不同瑞利数条件下的速度和温度云图以及中心线上量纲一的速度和温度分布曲线. 结果表明,FPM方法能够获得较准确的温度分布规律,当瑞利数较低时也能获得较准确的速度分布规律,但随着瑞利数的增大,速度场的模拟结果精度和稳定性变差,因此为了获得更准确和光滑的速度分布场,需要对FPM方法做进一步的改进.      

格子Boltzmann方法模拟磁场作用下的融化传热过程

采用格子Boltzmann方法对磁场作用下方腔内相变材料的融化传热及液相流体流动过程进行数值模拟,重点分析磁场倾角对融化相变传热过程的影响,为实现相变传热的主动控制技术提供参考.研究表明磁场可以控制融化相变传热过程,当磁场倾角大于180°时,磁场加速度方向指向热壁面方向,磁场强化换热,热壁面平均Nu_h数增加,融化速率加快;当磁场倾角小于90°、磁场加速度方向指向冷壁面侧时,磁场弱化换热,热壁面平均Nu_h数下降,融化速率降低;磁场倾角为231°时,磁场强化传热效果最佳.