燃料電池和垃圾填埋場的數(shù)值模擬.pdf

1、格子Boltzmann方法又被稱作介觀模擬方法，在微觀上是連續(xù)方法，宏觀上是離散方法，是一個十分活躍的數(shù)值模擬工具和科學研究手段，可以應用到多孔介質流、化學反應流、磁流體、非牛頓流體、多相多質流等許多領域。格子Boltzmann方法與其他傳統(tǒng)數(shù)值方法相比，具有并行性能好，物理圖像清晰，程序易于實施和邊界處理簡單等優(yōu)點，尤其在解決復雜幾何結構的問題時有很大優(yōu)勢。
　　 微生物燃料電池（簡稱MFC）是一種能夠把微生物作為催化劑分解有

2、機物質從而產生電能的新型環(huán)境友好型能源裝置。到目前為止，對于微生物燃料電池內在連續(xù)流的條件下流體穿過多孔陽極的對流現(xiàn)象，人們已經做了大量研究。然而，流體穿過多孔陽極的力學機理和多孔介質與MFC的定量關系還不是很清晰。實驗發(fā)現(xiàn)當MFC裝置的距離在某個特定范圍時輸出功率明顯增大?；谶@些實驗得到的數(shù)據(jù)，我們利用格子Boltzmann方法研究了陽極與陰極之間的距離和多孔陽極達西數(shù)對MFC輸出功率的影響。結果表明陽極與陰極之間的距離影響MFC中

3、流體的速度和流體在多孔陽極中的滯留時間。此外，還發(fā)現(xiàn)多孔陽極的達西數(shù)能夠影響MFC的輸出功率。我們的模擬結果對MFC的優(yōu)化設計是有一定幫助的。
　　 垃圾填埋法是處理生活垃圾的主要方法。但該種方法會造成一定的環(huán)境問題，垃圾分解過程中會產生大量高濃度污染物的滲濾液，這些滲濾液如果不加處理會嚴重污染周圍環(huán)境。根據(jù)滲流力學結合熱力學理論，分析了垃圾填埋場內的熱效應和滲流機理，在垃圾填埋場中建立了溫度場與滲流場耦合的三維數(shù)學模型，并給出

4、了與該數(shù)學模型相對應的有限元方法，并對其進行了數(shù)值模擬。重點研究了溫度變化和滲透率的改變對垃圾填埋場內滲濾液的滲流機理的影響，結果顯示兩者相互作用最終會形成穩(wěn)定的滲流場和溫度場。
　　 文章還綜述了用格子Botzmann方法模擬直接甲醇質子交換膜燃料電池的研究進展，具體介紹了利用格子Boltzmann方法模擬燃料電池中的多相流，傳熱傳質和電化學反應過程等的最新進展，認識到格子Boltzmann方法作為一種計算流體力學的介觀模擬方