基于LBM的多孔介質(zhì)內(nèi)汽液相變過程的傳熱機(jī)理研究.pdf

1、多孔介質(zhì)及其內(nèi)部的流動(dòng)傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象遍及于人類生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是伴隨相變的多孔介質(zhì)單組分多相流以及多組分多相流的傳熱傳質(zhì)問題是近年來出現(xiàn)在許多科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)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(zhì)的組成、傳熱特點(diǎn)及多孔介質(zhì)內(nèi)單相和多相流動(dòng)理論與實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用理論分析和數(shù)值研究相結(jié)合的手段，基于格子Boltzmann方法對多孔介質(zhì)分別在表征單元體積尺度和孔隙尺度下，其內(nèi)部汽液相變過程不同階段的流動(dòng)傳熱機(jī)理進(jìn)

2、行了細(xì)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(chǔ)建立了求解多孔介質(zhì)內(nèi)熱流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。通過模擬部分填充多孔介質(zhì)腔內(nèi)的自然對流傳熱，并對相關(guān)參數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多孔介質(zhì)層的厚度D非常薄或非常厚，即D?0.1或D?0.9時(shí)，傳熱強(qiáng)度對厚度變化較為敏感；當(dāng)多孔介質(zhì)層厚度介于0.1~0.9范圍內(nèi)時(shí)，其厚度的變化對傳熱所產(chǎn)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(shí)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(zhì)方腔內(nèi)流動(dòng)和傳熱效果顯著。
　　在孔隙尺度下，為了獲得多孔介質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)，首先對直接法、一般配置法、基于過程的構(gòu)造方法（QSGS）和統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行了對比分析，選取了一般配置法和基于過程的構(gòu)造方法對多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)造；其次，以QSGS方法隨機(jī)構(gòu)

4、造的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合相變格子 Boltzmann模型，建立了該尺度下多孔介質(zhì)內(nèi)相變過程的數(shù)學(xué)模型。通過模擬，研究了相變過程中多孔介質(zhì)孔隙內(nèi)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(fù)荷下，分析了液相到氣相的轉(zhuǎn)變規(guī)律，得出氣相和液相的質(zhì)量變化。同時(shí)，將模擬結(jié)果與理論解相對比，可以得到二者氣相和液相的質(zhì)量最大相對誤差分別為0.09％、0.19%、0.32%和0.11%、0.38%、1.49%，