基于格子Boltzmann模型的微管道混合邊界效應的研究.pdf

1、微管內流體的運動是自然界中的一種常見現象，在電子設備、微機電系統(tǒng)、航空工業(yè)、生物醫(yī)療等許多領域都有廣泛應用。因此，研究微管內流體的運動具有非常重要的意義。 微管內部結構非常復雜，描述流體運動的控制方程具有非線性特征，很難用傳統(tǒng)實驗和理論方法對它進行精確研究。隨著計算機和計算流體動力學的發(fā)展，直接對控制方程進行數值研究成為可能。只是由于網格精度和邊界穩(wěn)定等問題的存在，一般計算流體力學的應用和發(fā)展受到一定的限制。 格子Bol

2、tzmann方法(Lattice Boltzmann method)是一種簡化的基于微觀尺度層次的計算模型，經過多尺度展開，可以推導出流體力學的宏觀方程。該方法容易處理微流動中的界面動力學和復雜邊界問題，并具有節(jié)省計算機存儲空間、不存在截斷誤差、克服計算不穩(wěn)定性、邊界條件易處理和適合做大規(guī)模并行運算等優(yōu)點，特別適用于研究微流動問題。本文應用格子Boltzmann方法對微流動的混合邊界效應進行了探討。 主要工作如下： ●介

3、紹了格子Boltzmann方法的起源、發(fā)展和研究現狀。給出了連續(xù)Boltzmann方法到格子Boltzmann方程推導過程，并利用Chapman-Enskog展開及Taylor展開等數學方法，從格子Boltzmann方程恢復出流體力學的Navier-Stokes方程。介紹Luo和Girimaji提出的二元流混合模型。 ●本文重點討論了格子Boltzmann方法應用中的幾種典型的邊界條件，包括反彈邊界、反射邊界、外推格式和周期邊界

4、，二維的壓力和速度邊界，以及三維的邊界處理。特別是針對本文的微管流體仿真，分析了不同邊界的使用，以及混合邊界的設置問題。 ●本文提出了管道內混合邊界的處理方法。分別在二維和三維微管道中模擬了混合邊界對流體運動產生的影響。研究發(fā)現當混合邊界的比值處于黃金分割點附近時，流體波動現象最明顯。利用Luo和Girimaji提出的二元流混合模型模擬了混合邊界對T型微管道中液一液混合的影響，結論同樣證實，當混合邊界的比值處于黃金分割點附近時，