基于LBM的多孔介質內汽液相變過程的傳熱機理研究.pdf

1、多孔介質及其內部的流動傳熱傳質現(xiàn)象遍及于人類生產生活的各個領域，特別是伴隨相變的多孔介質單組分多相流以及多組分多相流的傳熱傳質問題是近年來出現(xiàn)在許多科學和工程技術領域中的具有重要工程背景的前沿課題。本文在綜述多孔介質的組成、傳熱特點及多孔介質內單相和多相流動理論與實驗研究現(xiàn)狀的基礎上，采用理論分析和數(shù)值研究相結合的手段，基于格子Boltzmann方法對多孔介質分別在表征單元體積尺度和孔隙尺度下，其內部汽液相變過程不同階段的流動傳熱機理進

2、行了細致的模擬研究。
　　在表征單元體積尺度下，以耦合的格子 Boltzmann模型為理論基礎建立了求解多孔介質內熱流動的數(shù)學模型。通過模擬部分填充多孔介質腔內的自然對流傳熱，并對相關參數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，當多孔介質層的厚度D非常薄或非常厚，即D?0.1或D?0.9時，傳熱強度對厚度變化較為敏感；當多孔介質層厚度介于0.1~0.9范圍內時，其厚度的變化對傳熱所產生的影響不是非常明顯。Ra數(shù)以及Da數(shù)較大（5Ra?10，-5Da?10）時對

3、自然對流傳熱影響較大，反之，影響很小。但相比于Da數(shù)，Ra數(shù)對自然對流傳熱的影響更為明顯。在Da數(shù)較大（-5Da?10）的情況下，孔隙率?的變化對自然對流換熱的影響較大，隨著?的增加，多孔介質方腔內流動和傳熱效果顯著。
　　在孔隙尺度下，為了獲得多孔介質的具體結構，首先對直接法、一般配置法、基于過程的構造方法（QSGS）和統(tǒng)計方法進行了對比分析，選取了一般配置法和基于過程的構造方法對多孔介質結構進行構造；其次，以QSGS方法隨機構

4、造的多孔介質結構為基礎，結合相變格子 Boltzmann模型，建立了該尺度下多孔介質內相變過程的數(shù)學模型。通過模擬，研究了相變過程中多孔介質孔隙內氣泡的形成、長大、融合過程以及氣泡與固體壁面的碰撞、反彈等過程。最后，在三種不同熱負荷下，分析了液相到氣相的轉變規(guī)律，得出氣相和液相的質量變化。同時，將模擬結果與理論解相對比，可以得到二者氣相和液相的質量最大相對誤差分別為0.09％、0.19%、0.32%和0.11%、0.38%、1.49%，