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基于LBM-MFLS耦合模型的含水层渗流-传热过程模拟
1
作者
马玖辰
吕林海
+2 位作者
杨杰
崔阿凤
魏璠
《太阳能学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期30-39,共10页
基于有限长移动线热源(MFLS)传热模型,根据时空叠加原理推导出含水层非稳态过余温度解析解ΔT_(MFLS);在格子单松弛模型(LBGK)的演化方程中引入离散力源项,建立格子Boltzmann法(LBM)与ΔT_(MFLS)的耦合计算模型。通过热响应实验,验证耦...
基于有限长移动线热源(MFLS)传热模型,根据时空叠加原理推导出含水层非稳态过余温度解析解ΔT_(MFLS);在格子单松弛模型(LBGK)的演化方程中引入离散力源项,建立格子Boltzmann法(LBM)与ΔT_(MFLS)的耦合计算模型。通过热响应实验,验证耦合计算模型与求解方法的正确性。研究表明,在不同计算工况下含水层各区域的渗流速度均具有启动—下降—回升—稳定的4个连续阶段。随着含水层孔隙率的降低,虚拟流体粒子动能损失增大,渗流速度降幅增大,回升过程缓慢。然而随着进水流速的提高,孔隙率的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度减弱;含水层热量运移过程的方向性显著增强。
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关键词
地热能
传热
多孔介质
数值模型
含水层
格子BOLTZMANN方法
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职称材料
基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性
2
作者
马玖辰
崔阿凤
+1 位作者
吕林海
杨杰
《工程科学与技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期149-160,共12页
基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB)处理复杂的流-固边界问题,利用编程软件MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮...
基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB)处理复杂的流-固边界问题,利用编程软件MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮颗粒在含水介质中的运动过程进行模拟计算。通过开展层析柱强制渗流试验,模拟DKT算例,验证了计算模型与求解方法的正确性;从孔隙尺度分析地下水动力、颗粒形貌和尺寸效应对含水层渗透性能的影响。结果表明:当进口流速为5×10^(-5) m/s,向含水介质注入球形硅微粉悬浮液时,含水层各区域的渗流速度均呈现下降、回升、稳定的3个连续阶段;随着渗流速度的降低,颗粒滞留率增加了47.4%,所选3个断面平均流速恢复率降低。将悬浮颗粒由球形硅微粉替换为非球形硅微粉后,所选3个断面的平均流速最大降幅分别提高了15.0%、11.4%、2.6%,恢复率依次降低了37.5%、69.6%、71.9%,含水介质的颗粒滞留率增加了47.9%。基于颗粒受力平衡分析可知,球形硅微粉转动惯量较低,易于滚动并脱离含水介质表面;同等效体积的非球形硅微粉比表面积更大,而且多絮凝成团,迁移过程中出现沉积或被孔喉捕获的机率提高,并且沉积后难以发生再释放过程。随着渗流速度的降低与含水介质计算区域的增加,悬浮颗粒形貌的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度增强。
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关键词
颗粒运移
格子Boltzmann方法(LBM)
离散单元法(DEM)
形貌特征
尺寸效应
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职称材料
题名
基于LBM-MFLS耦合模型的含水层渗流-传热过程模拟
1
作者
马玖辰
吕林海
杨杰
崔阿凤
魏璠
机构
天津城建大学能源与安全工程学院
天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室
出处
《太阳能学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期30-39,共10页
基金
国家自然科学基金(41402228)
天津市教委科研计划(2017KJ050)
中国能源建设股份有限公司重大科技专项课题(CEEC2020-KJZX-10-01)。
文摘
基于有限长移动线热源(MFLS)传热模型,根据时空叠加原理推导出含水层非稳态过余温度解析解ΔT_(MFLS);在格子单松弛模型(LBGK)的演化方程中引入离散力源项,建立格子Boltzmann法(LBM)与ΔT_(MFLS)的耦合计算模型。通过热响应实验,验证耦合计算模型与求解方法的正确性。研究表明,在不同计算工况下含水层各区域的渗流速度均具有启动—下降—回升—稳定的4个连续阶段。随着含水层孔隙率的降低,虚拟流体粒子动能损失增大,渗流速度降幅增大,回升过程缓慢。然而随着进水流速的提高,孔隙率的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度减弱;含水层热量运移过程的方向性显著增强。
关键词
地热能
传热
多孔介质
数值模型
含水层
格子BOLTZMANN方法
Keywords
geothermal energy
heat transfer
porous media
numerical models
aquifers
lattice Boltzmann method
分类号
TK529 [动力工程及工程热物理—热能工程]
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职称材料
题名
基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性
2
作者
马玖辰
崔阿凤
吕林海
杨杰
机构
天津城建大学能源与安全工程学院
天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室
天津城建大学地热高效利用技术研究中心
出处
《工程科学与技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期149-160,共12页
基金
国家自然科学基金项目(41402228)
天津市自然科学基金企业科技特派员项目(19JCTPJC48100)。
文摘
基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB)处理复杂的流-固边界问题,利用编程软件MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮颗粒在含水介质中的运动过程进行模拟计算。通过开展层析柱强制渗流试验,模拟DKT算例,验证了计算模型与求解方法的正确性;从孔隙尺度分析地下水动力、颗粒形貌和尺寸效应对含水层渗透性能的影响。结果表明:当进口流速为5×10^(-5) m/s,向含水介质注入球形硅微粉悬浮液时,含水层各区域的渗流速度均呈现下降、回升、稳定的3个连续阶段;随着渗流速度的降低,颗粒滞留率增加了47.4%,所选3个断面平均流速恢复率降低。将悬浮颗粒由球形硅微粉替换为非球形硅微粉后,所选3个断面的平均流速最大降幅分别提高了15.0%、11.4%、2.6%,恢复率依次降低了37.5%、69.6%、71.9%,含水介质的颗粒滞留率增加了47.9%。基于颗粒受力平衡分析可知,球形硅微粉转动惯量较低,易于滚动并脱离含水介质表面;同等效体积的非球形硅微粉比表面积更大,而且多絮凝成团,迁移过程中出现沉积或被孔喉捕获的机率提高,并且沉积后难以发生再释放过程。随着渗流速度的降低与含水介质计算区域的增加,悬浮颗粒形貌的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度增强。
关键词
颗粒运移
格子Boltzmann方法(LBM)
离散单元法(DEM)
形貌特征
尺寸效应
Keywords
particles transportation
lattice Boltzmann method(LBM)
discrete element method(DEM)
morphology characteristics
size effect
分类号
TU431 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于LBM-MFLS耦合模型的含水层渗流-传热过程模拟
马玖辰
吕林海
杨杰
崔阿凤
魏璠
《太阳能学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性
马玖辰
崔阿凤
吕林海
杨杰
《工程科学与技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
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职称材料
已选择
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