纳米流体板间流动换热及沸腾气泡聚并的LBM模拟

论文摘要

在过去的三十年中,纳米流体理论迅速发展,作为新一代的高效换热介质,它为提高传热系数提供了一种新方法。在过去的二十年中,纳米流体的研究出现了爆炸性增长的趋势。纳米流体的研究领域包括其稳定性分析,物理性质分析等特性测量,以及强制或自然对流传热,沸腾传热,传质以及工业应用和一些理论分析或模型的发展。计算流体力学（CFD）在流动换热领域十分重要。格子玻尔兹曼方法在过去二十年中发展迅速,特别是在多相流领域,比起传统CFD方法,LBM方法有很多优点。首先,LBM方法来自于玻尔兹曼的分子动力学方程,这比一般的连续性方程的层次更加基本,在处理微观问题上,更容易描述不同相、粒子之间的相互作用,进而可以推导出宏观层面上的流体状态,满足模拟的需要。其次,LBM方法在宏观尺度上可以代替传统的CFD方法对N-S进行离散和数值求解。因其可并行计算的优势,LBM方法计算效率比较高,边界条件也较为简单易实现,模型不复杂,所以逻辑比较容易理解,编程计算较为容易。本文介绍了纳米流体的特性,纳米颗粒在流动时受到的各种外力的作用,对纳米粒子的受力对性质的影响进行了分析。运用LBM方法对Al2O3-water纳米流体的强制对流换热性能以及沸腾气泡运动进行了计算模拟。具体方法为先采用单相两组分LBM模型,模拟了Al2O3-water纳米流体在水平二维平板通道中流动与换热的情况,得出了该纳米流体的流动与温度分布特点,分析了纳米流体的体积分数,纳米颗粒的粒径对其平均Nu的影响,并与去离子水纯流体算例进行对比,分析了纳米流体体积分数对强化换热的影响。最后,采用Inamuro多相多组分模型,模拟计算并对比了三维模型下去离子水和Al2O3-water纳米流体沸腾气泡的聚并现象,研究了迁移率,纳米颗粒粒径对纳米流体沸腾气泡聚并的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 纳米流体
•     1.2.1 纳米流体的制备
•     1.2.2 纳米流体的换热特性
•   1.3 格子玻尔兹曼方法
•     1.3.1 格子玻尔兹曼方法简介
•     1.3.2 格子玻尔兹曼方法的发展与优势
•   1.4 本文的主要工作
• 2 格子玻尔兹曼方法理论介绍
•   2.1 格子玻尔兹曼方法基础
•     2.1.1 Boltzmann方程
•     2.1.2 BGK近似及Boltzmann-BGK方程
•   2.2 格子玻尔兹曼方法的基本模型
•   2.3 格子玻尔兹曼方法的边界条件
•     2.3.1 周期性边界处理格式
•     2.3.2 对称边界处理格式
•     2.3.3 反弹格式
•     2.3.4 非平衡外推格式
•   2.4 本章小结
• 3 纳米流体在二维平板通道中流动与传热的格子玻尔兹曼模拟
•   3.1 数值模拟
•     3.1.1 物理模型以及物性参数
•     3.1.2 格子玻尔兹曼模型
•     3.1.3 纳米流体内受力分析
•     3.1.4 模型及网格无关性验证
•   3.2 模拟结果
•     3.2.1 体积分数对纳米流体换热的影响
•     3.2.2 粒径对纳米流体换热的影响
•   3.3 结果分析
•   3.4 本章小结
• 4 纳米流体气泡运动的格子玻尔兹曼模拟
•   4.1 数值模拟
•     4.1.1 粒径对纳米流体换热影响的分析
•     4.1.2 Inamuro格子玻尔兹曼模型
•     4.1.3 模型有效性及网格无关性验证
•   4.2 模拟结果
•     4.2.1 纯流体沸腾气泡聚并模拟
•     4.2.2 纳米流体沸腾气泡聚并模拟
•   4.3 结果分析
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 鲁逸鸣

导师: 郭亚丽

关键词: 纳米流体,平均数,体积分数,气泡聚并

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,动力工程

单位: 大连理工大学

分类号: TK124;O35

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.001817

总页数: 60

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