用Lattice Boltzmann方法處理傳熱傳質(zhì)中的固液相變問(wèn)題.pdf

1、相變是傳質(zhì)傳熱中的一種典型情況。而多孔介質(zhì)中物質(zhì)的相變?cè)诠I(yè)生產(chǎn)和日常生活中十分常見(jiàn)。近些年來(lái),為了提高熱傳導(dǎo)系數(shù),相變材料中被充入了多孔介質(zhì)。熔化過(guò)程的研究對(duì)開(kāi)采天然氣水合物至關(guān)重要。天然氣水合物在儲(chǔ)量非常豐富,主要存在于凍土層中,通過(guò)注熱水法將其轉(zhuǎn)化為天然氣和水進(jìn)行開(kāi)采。由于相變問(wèn)題的非線性特點(diǎn),需要一種既高效又可靠的數(shù)值方法來(lái)處理它。
　　 格子Boltzmann方法作為一種新興的數(shù)值計(jì)算方法,在經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展后,已成

2、為模擬流體運(yùn)動(dòng)以及為復(fù)雜物理現(xiàn)象建模的一個(gè)新工具。它被廣泛運(yùn)用于研究航空、能源開(kāi)采和環(huán)境工程中的宏觀流體系統(tǒng)。與傳統(tǒng)計(jì)算流體力學(xué)方法不同,格子Boltzmann方法并不以宏觀連續(xù)方程為基礎(chǔ),而是從流體微觀模型和細(xì)觀動(dòng)力學(xué)方程出發(fā),構(gòu)造符合一定物理規(guī)則的演化機(jī)制,然后進(jìn)行計(jì)算。與傳統(tǒng)的從Nayier-Stokes方程出發(fā)的流體力學(xué)計(jì)算方法相比,格子Boltzmann方法具有編碼簡(jiǎn)單、邊界條件容易實(shí)現(xiàn)、具有完全并行性等許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)

3、點(diǎn)使得格子Boltzmann方法非常適合用于研究多孔介質(zhì)中的傳熱傳質(zhì)問(wèn)題。本文運(yùn)用格子Boltzmann方法對(duì)純相變以及多孔介質(zhì)內(nèi)物質(zhì)的對(duì)流相變過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對(duì)數(shù)值結(jié)果加以研究和討論。
　　 文中我們?cè)敿?xì)介紹了多孔介質(zhì)中的對(duì)流傳熱的研究意義和研究近況以及相關(guān)的基本概念、宏觀方程和LatticeBoltzmann方程。隨后介紹了相變的基本概念和研究的重要意義,并對(duì)純凈物的相變以及伴隨對(duì)流的相變進(jìn)行了詳細(xì)的分析,特別介紹了兩