不同溫度和濃度梯度下磁流體雙擴(kuò)散對流的格子Boltzmann方法模擬.pdf

1、格子Boltzmann方法(LatticeBoltzmannMethod,LBM)是基于微觀層面上的一種新的數(shù)值模擬方法。LBM是把研究對象抽象為在微觀上比分子大,在宏觀上又無限小的微觀粒子來研究。與傳統(tǒng)數(shù)值模擬方法相比,LBM具有物理圖像清晰、邊界處理容易、計(jì)算效率高、本質(zhì)并行性等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。目前,LBM已成功應(yīng)用于微尺度流動(dòng)與換熱、多孔介質(zhì)、磁流體力學(xué)、晶體生長等許多領(lǐng)域。
　　 本論文是用格子Boltzmann方法來模擬不同

2、溫度濃度梯度下矩形腔內(nèi)二元混合導(dǎo)電氣體的雙擴(kuò)散對流。我們采用常用的溫度濃度格子Bhatnagar—Gross—Krook(TCLBGK)模型,并用D2G9模型來模擬速度場,用D2Q4模型模擬溫度場和濃度場。并且認(rèn)為矩形腔的上下壁是絕熱的,左右壁溫度和濃度是變化的,磁場沿x軸方向均勻加在矩形腔內(nèi)。在模擬計(jì)算中,我們?nèi)randtl數(shù)Pr=1,Lewis數(shù)Le=2,熱Raleigh數(shù)RaT=105,Hartmann數(shù)Ha=0,25,50,無

3、量綱熱產(chǎn)生和熱吸收量φ=0,方腔長寬比A=2,濃度與溫度的效應(yīng)比N=0.8,1.3。為了更詳細(xì)的反映矩形腔左右壁溫度濃度對雙擴(kuò)散對流的影響,我們分別模擬了左右壁溫度梯度從下往上由0線性增加到2.0而濃度梯度不變?yōu)槌?shù)1.0、濃度梯度從下往上由0線性增大到2.0而溫度梯度不變?yōu)槌?shù)1.0和溫度濃度梯度都是由0線性增大到2.0時(shí)三種情況下的雙擴(kuò)散對流。
　　 數(shù)值結(jié)果表明:對于第一種情況,在磁場強(qiáng)度Ha的取值范圍內(nèi)時(shí),N=0.8和N

4、=1.3對流都出現(xiàn)了明顯的分層現(xiàn)象,且分為上層由熱浮力效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的熱流動(dòng)和下層由濃度浮力效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的傳質(zhì)流動(dòng)。在矩形腔的中上部溫度梯度大于常濃度梯度的區(qū)域,熱對流占主要地位；然而,在矩形腔的下部溫度梯度小于常濃度梯度的區(qū)域,濃度梯度驅(qū)動(dòng)的傳質(zhì)對流占主要地位。這種現(xiàn)象表明溫度梯度越大熱對流越強(qiáng)。
　　 對于第二種情況,在磁場強(qiáng)度Ha的取值范圍內(nèi)時(shí),N=0.8和N=1.3對流也分方向相反的上下兩層,但

5、濃度浮力效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的傳質(zhì)對流在上部,且占據(jù)了空腔的大部分區(qū)域,而熱浮力效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的順時(shí)針熱流動(dòng)占據(jù)下部的小部分區(qū)域。此現(xiàn)象表明濃度梯度對溶質(zhì)擴(kuò)散對流有重要的影響。且當(dāng)Ha=0時(shí),無論N=0.8還是N=1.3,在空腔下部區(qū)域都出現(xiàn)了溶質(zhì)擴(kuò)散停滯現(xiàn)象,但隨著Ha的增大,傳質(zhì)區(qū)域增大。這表明此情況下磁場可以加強(qiáng)傳質(zhì)對流。
　　 對于第三種情況,濃度梯度與溫度梯度相互影響,對于N=0.8,熱浮力效應(yīng)占主導(dǎo)地位,流線基本沒有出現(xiàn)分