伪势多相格子Boltzmann模型的理论与应用研究
发布时间：2023-06-08 22:29
多相流以及气液相变传热问题广泛存在于能源与环境中的动力装置、催化化工、材料加工以及石油开采等领域。多相流以及气液相变传热过程大都涉及到液滴的融合与破裂,气泡的生长、融合与破裂以及流固之间的流动与传热等复杂问题。因此理解与探究多相流与气液相变传热中的流动与传热规律具有十分重要的意义。传统数值模拟方法在求解多相流的界面演化过程大多需要复杂的界面追踪或捕捉技术,且对于相变过程的实现上都带有一些人为添加因素。近几十年来,从介观尺度以及气体动力学理论出发的格子Boltzmann方法(LBM)被广泛地应用于多相流及气液相变的模拟中。其中伪势多相LBM模型由于理论简单,自动形成两相界面等特点,被大量应用于多相流中的液滴撞击以及气液相变等问题。然而自伪势模型提出以来,其在界面虚假速度、度比和热力学一致性等问题上存在一定的不足。因此针对以上问题,本文对伪势LBM的理论与发展进行了深入的研究与探讨,建立了二维伪势LBM、三维伪势LBM以及气液相变LBM模型,并分别进行了相关的应用研究。论文主要工作与结论如下:(1)本文重点对伪势多相LBM中的三种主要作用力格式在恢复宏观Navier-Stokes方程上进行...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 格子Boltzmann方法的研究进展
1.2.1 多相流格子Boltzmann方法的发展
1.2.2 气液相变格子Boltzmann方法的发展
1.3 液滴撞击及气液相变的研究进展
1.3.1 双液滴撞击的研究与进展
1.3.2 液滴撞击固体障碍物的研究与进展
1.3.3 气液相变格子Boltzmann的研究与进展
1.4 本文主要工作
第2章 格子Boltzmann方法基本理论
2.1 格子Boltzmann方法基础
2.2 单相格子Boltzmann方法
2.2.1 单松弛格子Boltzmann模型
2.2.2 多松弛格子Boltzmann模型
2.3 边界条件
2.4 本章小结
第3章 单组份伪势多相格子Boltzmann模型
3.1 原始单松弛Shan-Chen伪势多相模型
3.2 修正伪势多相模型
3.2.1 伪势模型作用力格式
3.2.2 表面张力调节多松弛外力项格式
3.2.3 气体状态方程
3.2.4 壁面润湿特性模型
3.3 多松弛伪势模型的验证
3.3.1 热力学一致性的验证
3.3.2 二维大密度比MRT-LBM伪势模型的验证
3.3.3 三维大密度比MRT-LBM的验证
3.4 本章小结
第4章 大密度比伪势多相模型的应用
4.1 二维双液滴相互碰撞的数值模拟
4.1.1 研究背景
4.1.2 物理模型与边界条件
4.1.3 结果与讨论
4.1.4 结论
4.2 二维微通道液滴撞击方形障碍物数值模拟
4.2.1 研究背景
4.2.2 物理模型与边界条件
4.2.3 结果与讨论
4.2.4 结论
4.3 三维大密度比液滴撞击固体的模拟
4.3.1 研究背景
4.3.2 物理模型与边界条件
4.3.3 结果与讨论
4.3.4 结论
4.4 本章小结
第5章 伪势相变格子Boltzmann模型
5.1 气液相变模型
5.1.1 单松弛相变伪势模型
5.1.2 多松弛相变格子Boltzmann模型
5.1.3 混合相变格子Boltzmann模型
5.2 多松弛混合相变模型的验证
5.2.1 二维混合相变模型的验证
5.2.2 三维混合相变模型的验证
5.3 本章小结
第6章 伪势相变格子Boltzmann模型的应用
6.1 二维垂直冷壁面饱和蒸汽冷凝数值模拟
6.1.1 研究背景
6.1.2 物理模型与边界条件
6.1.3 结果与讨论
6.1.4 结论
6.2 二维水平壁面沸腾现象数值模拟
6.2.1 研究背景
6.2.2 物理模型与边界条件
6.2.3 结果与讨论
6.2.4 结论
6.3 三维饱和蒸汽冷凝的数值模拟
6.3.1 研究背景
6.3.2 物理模型与边界条件
6.3.3 结果与讨论
6.3.4 结论
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
本文编号：3832621
【文章页数】：169 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 格子Boltzmann方法的研究进展
1.2.1 多相流格子Boltzmann方法的发展
1.2.2 气液相变格子Boltzmann方法的发展
1.3 液滴撞击及气液相变的研究进展
1.3.1 双液滴撞击的研究与进展
1.3.2 液滴撞击固体障碍物的研究与进展
1.3.3 气液相变格子Boltzmann的研究与进展
1.4 本文主要工作
第2章 格子Boltzmann方法基本理论
2.1 格子Boltzmann方法基础
2.2 单相格子Boltzmann方法
2.2.1 单松弛格子Boltzmann模型
2.2.2 多松弛格子Boltzmann模型
2.3 边界条件
2.4 本章小结
第3章 单组份伪势多相格子Boltzmann模型
3.1 原始单松弛Shan-Chen伪势多相模型
3.2 修正伪势多相模型
3.2.1 伪势模型作用力格式
3.2.2 表面张力调节多松弛外力项格式
3.2.3 气体状态方程
3.2.4 壁面润湿特性模型
3.3 多松弛伪势模型的验证
3.3.1 热力学一致性的验证
3.3.2 二维大密度比MRT-LBM伪势模型的验证
3.3.3 三维大密度比MRT-LBM的验证
3.4 本章小结
第4章 大密度比伪势多相模型的应用
4.1 二维双液滴相互碰撞的数值模拟
4.1.1 研究背景
4.1.2 物理模型与边界条件
4.1.3 结果与讨论
4.1.4 结论
4.2 二维微通道液滴撞击方形障碍物数值模拟
4.2.1 研究背景
4.2.2 物理模型与边界条件
4.2.3 结果与讨论
4.2.4 结论
4.3 三维大密度比液滴撞击固体的模拟
4.3.1 研究背景
4.3.2 物理模型与边界条件
4.3.3 结果与讨论
4.3.4 结论
4.4 本章小结
第5章 伪势相变格子Boltzmann模型
5.1 气液相变模型
5.1.1 单松弛相变伪势模型
5.1.2 多松弛相变格子Boltzmann模型
5.1.3 混合相变格子Boltzmann模型
5.2 多松弛混合相变模型的验证
5.2.1 二维混合相变模型的验证
5.2.2 三维混合相变模型的验证
5.3 本章小结
第6章 伪势相变格子Boltzmann模型的应用
6.1 二维垂直冷壁面饱和蒸汽冷凝数值模拟
6.1.1 研究背景
6.1.2 物理模型与边界条件
6.1.3 结果与讨论
6.1.4 结论
6.2 二维水平壁面沸腾现象数值模拟
6.2.1 研究背景
6.2.2 物理模型与边界条件
6.2.3 结果与讨论
6.2.4 结论
6.3 三维饱和蒸汽冷凝的数值模拟
6.3.1 研究背景
6.3.2 物理模型与边界条件
6.3.3 结果与讨论
6.3.4 结论
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
本文编号：3832621
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3832621.html