浸没边界–简化热格子Boltzmann方法研究及其应用 被引量：7

1

作者 李桥忠 陈木凤 +2 位作者 李游 牛小东 Adnan Khan 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期392-404,共13页

针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界–简化热格子玻尔兹曼方法 (immersed boundary method–simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度... 针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界–简化热格子玻尔兹曼方法 (immersed boundary method–simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度场,简化热格子玻尔兹曼方法 (simplified thermal lattice Boltzmann method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场的计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介入看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加简单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合传热问题的有效性和可行性. 展开更多

关键词 简化热格子boltzmann方法 浸没边界法 流固耦合传热 自然对流

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基于热格子Boltzmann方法的自然对流数值模拟 被引量：4

2

作者 解建飞 钟诚文 +1 位作者 张勇 尹大川 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期635-640,共6页

对Eggels和Somers提出的热格子Boltzmann格式进行了改进.在不可压缩流动的假设下,提出了一种新的温度平衡分布函数,可以克服压缩性对温度统计的影响,并且相应地修正了统计宏观温度的方法.Eggels和Somers的方法对速度和温度均采用半步长... 对Eggels和Somers提出的热格子Boltzmann格式进行了改进.在不可压缩流动的假设下,提出了一种新的温度平衡分布函数,可以克服压缩性对温度统计的影响,并且相应地修正了统计宏观温度的方法.Eggels和Somers的方法对速度和温度均采用半步长反弹格式边界条件,适合无滑移的速度边界条件.但是对温度采用该边界条件在物理本质上显得不够准确,所以在边界上对二者统一采取算法既简单又容易实现的非平衡态外推格式,同时可以与Boltzmann格式的整体二阶精度保持一致.最后,利用改进的热格子Boltzmann方法（TLBM）模拟了Ra=10^6和Pr=0.71（空气）的方腔中的自然对流,模拟得到的流动参数与其它数值方法的结果吻合得很好,表明改进的热格子Boltzmann方法可以有效准确地模拟非等温流动. 展开更多

关键词 热格子boltzmann方法 自然对流 方腔 非平衡态外推

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热格子Boltzmann方法分析及应用 被引量：2

3

作者 陈杰 钱跃竑 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2012年第5期489-495,共7页

格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)是一种基于气体动理论的介观计算方法,其物理背景清晰、边界处理简单,已成功应用于等温(或无热)流动中.简要介绍现有的几种热格子Boltzmann模型,并运用几种热格子模型求解热Couette流... 格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)是一种基于气体动理论的介观计算方法,其物理背景清晰、边界处理简单,已成功应用于等温(或无热)流动中.简要介绍现有的几种热格子Boltzmann模型,并运用几种热格子模型求解热Couette流、方腔自然对流等典型算例,对比不同热格子模型的数值稳定性、准确性、模型的计算效率等.将两种热格子模型用于多孔介质内的流动与传热问题中,对比热格子模型在处理复杂结构时的数值特性. 展开更多

关键词 格子boltzmann方法 热格子boltzmann方法 多孔介质

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二维方腔内热表面张力流的格子Boltzmann方法模拟

4

作者 梁功有 曾忠 +3 位作者 姚丽萍 张良奇 邱周华 梅欢 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期106-113,共8页

热表面张力驱动的对流是微重力下浮区法晶体生长中熔体最重要的物质与热输运方式。采用单松弛双分布函数格子Boltzmann模型,自主开发了相应的格子Boltzmann方法的串行和MPI并行程序包,并应用该程序包对开口方腔内流体的二维热表面张力... 热表面张力驱动的对流是微重力下浮区法晶体生长中熔体最重要的物质与热输运方式。采用单松弛双分布函数格子Boltzmann模型,自主开发了相应的格子Boltzmann方法的串行和MPI并行程序包,并应用该程序包对开口方腔内流体的二维热表面张力对流进行了数值模拟研究。其中串行程序合并碰撞迁移过程和引入临时数组以连续读入分布函数,相比分开碰撞迁移过程,计算性能提高了二倍;在此基础上,采用单向计算区域分区和非阻塞通信模式,实现了MPI版格子Boltzmann并行程序包开发。对比基于传统有限体积法CFD程序计算结果表明,串行和MPI并行版格子Boltzmann程序包计算结果精确可靠;并行程序具有较好的性能。 展开更多

关键词 格子boltzmann方法 并行计算 热表面张力流 消息传递

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基于格子Boltzmann方法的动压气体轴承黏性热耗散研究

5

作者 鹿翔宇 许波 陈振乾 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期95-103,共9页

箔片气体轴承微间隙内的流场常处于滑移区,甚至过渡区,会出现一些微观效应,其热特性的研究采用宏观方法已不再合适。为研究不同工况下动压气体轴承间隙热特性变化规律,基于格子Boltzmann方法建立包含黏性热耗散项的径向轴承间隙传热数... 箔片气体轴承微间隙内的流场常处于滑移区,甚至过渡区,会出现一些微观效应,其热特性的研究采用宏观方法已不再合适。为研究不同工况下动压气体轴承间隙热特性变化规律,基于格子Boltzmann方法建立包含黏性热耗散项的径向轴承间隙传热数值模型;采用总能形式的双分布函数热模型,通过有限差分离散将其应用到贴体网格中,同时引入速度滑移和温度阶跃边界条件,通过数值计算得到不同参数下的轴承间隙气膜温度分布,并分析了不同埃克特数(Ec)、偏心率和转速条件以及温度阶跃对黏性热耗散的影响。结果表明,当Ec数、偏心率和转速增大时,气膜最高温度增加,两侧的温度阶跃增加;温度阶跃效应的忽略均会导致黏性热耗散量不同程度的低估。 展开更多

关键词 动压气体轴承 黏性热耗散 热特性 格子boltzmann方法 温度阶跃

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基于格子Boltzmann方法的微通道传热特性数值研究 被引量：1

6

作者 孙涛 孙建刚 +1 位作者 昂雪野 李姗姗 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2344-2349,共6页

应用格子Boltzmann方法研究单相流体流过矩形和三角形微通道结构的对流换热特性。数值模拟结果展示出流体在不同微通道中的速度场和温度场。从温度场结果可发现,流体流经微通道时会在热壁面附近形成热边界层,并且热边界层的厚度随雷诺... 应用格子Boltzmann方法研究单相流体流过矩形和三角形微通道结构的对流换热特性。数值模拟结果展示出流体在不同微通道中的速度场和温度场。从温度场结果可发现,流体流经微通道时会在热壁面附近形成热边界层,并且热边界层的厚度随雷诺数Re的增大而变薄。另外,通过出口温度和努塞尔数Nu等物理量定量研究两种微通道结构的换热特性。数值结果表明,矩形微通道结构的换热性能优于三角形微通道结构。在场协同原理基础上,进一步分析造成两种微通道换热性能不同的原因。 展开更多

关键词 格子boltzmann方法 微通道结构 传热特性 场协同原理 热边界层

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基于格子Boltzmann方法的反应堆核-热-流耦合模拟

7

作者 王亚辉 马宇 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期308-315,共8页

反应堆堆芯内部存在多种不同物理场之间的相互作用和反馈,对其准确模拟需要考虑这些物理过程之间的耦合。为了降低堆芯核-热-流耦合模拟的实现难度,消除不同物理场之间的外部插值过程,本文构建了核-热-流耦合模拟的格子Boltzmann方法(LB... 反应堆堆芯内部存在多种不同物理场之间的相互作用和反馈,对其准确模拟需要考虑这些物理过程之间的耦合。为了降低堆芯核-热-流耦合模拟的实现难度,消除不同物理场之间的外部插值过程,本文构建了核-热-流耦合模拟的格子Boltzmann方法(LBM),将中子输运(包括S_(N)方程、SP_(3)方程以及扩散方程)、考虑燃料流动效应的缓发中子先驱核守恒方程以及流动传热方程统一到相似的LBM格式下,采用统一的LBM碰撞-迁移过程进行求解,有效降低了堆芯多物理耦合模拟的实现难度。计算结果表明:本文建立的核-热-流耦合LBM模型对不同雷诺数下的流动效应均能准确模拟,同时温度反馈在高温熔盐堆低速流动条件下有较为明显的影响,不能忽略;提高堆芯熔盐流速能够有效地展平功率及温度分布。 展开更多

关键词 核-热-流耦合 格子boltzmann方法 熔盐堆

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用格子Boltzmann研究多孔介质内的自然对流换热问题 被引量：8

8

作者 严微微 刘阳 许友生 《西安石油大学学报（自然科学版）》 CAS 2007年第2期149-152,共4页

用格子Boltzmann方法研究了方腔内二维多孔介质由于不均匀温度分布产生的浮力效应而引起的自然对流传热问题.通过数值模拟得到了多孔介质内流体的流场和温度场.详细讨论了孔隙度对自然对流传热的影响,并对孔隙度变化情况下的自然对流传... 用格子Boltzmann方法研究了方腔内二维多孔介质由于不均匀温度分布产生的浮力效应而引起的自然对流传热问题.通过数值模拟得到了多孔介质内流体的流场和温度场.详细讨论了孔隙度对自然对流传热的影响,并对孔隙度变化情况下的自然对流传热问题也进行了探讨.研究结果表明,在孔隙度恒定,且Da数比较小(≤10-6)的情况下,当Ra数较低时,孔隙度对自然对流传热的影响很小,当Ra数足够大时需要考虑孔隙度变化的影响;而在Da数较大(≥10-2)情况下,孔隙度对自然对流传热的影响非常明显.在孔隙度线性变化情况下,中间孔隙度c对自然对流传热有一定的影响,且对流与传热随着c的增大而变得剧烈. 展开更多

关键词 多孔介质 自然对流传热 格子boltzmann方法 孔隙度

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基于Lattice-Boltzmann方法的纳米颗粒多孔介质导热特性 被引量：5

9

作者 阚安康 康利云 +1 位作者 曹丹 王冲 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期4412-4417,共6页

为研究气凝胶纳米颗粒的导热特性,提出了一种基于随机统计原理的构造气凝胶多孔介质介观尺度三维物理模型的方法。模型中颗粒空间分布、粒径分布及孔隙率可以根据实际气凝胶微尺度结构数据调整。基于所构造的物理模型,采用D3Q15LBM进行... 为研究气凝胶纳米颗粒的导热特性,提出了一种基于随机统计原理的构造气凝胶多孔介质介观尺度三维物理模型的方法。模型中颗粒空间分布、粒径分布及孔隙率可以根据实际气凝胶微尺度结构数据调整。基于所构造的物理模型,采用D3Q15LBM进行了数值模拟。分析了颗粒尺寸、孔隙率等因素对气凝胶导热性能的影响规律,即在既定孔隙率下,热导率随粒径增大而减小;既定粒径下,随孔隙率的递增热导率先下降后上升;颗粒尺寸不均匀性对热导率的影响甚大。模拟与实验结果相吻合。研究工作对优化气凝胶导热性能,提高其有效热导率的预测精度具有参考价值。 展开更多

关键词 气凝胶 热导率 格子boltzmann方法 介观尺度 物理模型

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热波方程的格子Boltzmann模型 被引量：1

10

作者 史秀波 闫广武 《吉林大学学报（理学版）》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期437-440,共4页

用格子Boltzmann方法(LBM)研究热波方程,构建了热波方程的格子Boltzmann模型,运用该模型对一维和二维热波问题进行数值模拟,并将LBM数值解与其他经典结果进行比较,表明该方法可以用于模拟热波问题.

关键词 格子boltzmann模型 热波方程 高阶矩方法

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Soret效应和Dufour效应对盐梯度太阳池热盐双扩散的影响研究 被引量：3

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作者 李楠 高攀 +3 位作者 刘佳伟 王庆 南征 张财红 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期227-233,共7页

该文建立盐梯度太阳池数学及物理模型,考虑Soret效应和Dufour效应对热盐双扩散的作用,采用格子Boltzmann方法,以C++为平台分别对速度场、温度场和浓度场进行描述。选取不同的Soret数和Dufour数,得到速度、温度和浓度的微观变化情况,讨论... 该文建立盐梯度太阳池数学及物理模型,考虑Soret效应和Dufour效应对热盐双扩散的作用,采用格子Boltzmann方法,以C++为平台分别对速度场、温度场和浓度场进行描述。选取不同的Soret数和Dufour数,得到速度、温度和浓度的微观变化情况,讨论Soret效应和Dufour效应对盐梯度太阳池热盐双扩散的影响。结果表明:Soret效应对传热和传质均具有促进作用;Dufour效应对传热具有一定的抑制作用,对传质具有促进作用,Soret效应比Dufour效应对盐梯度太阳池热盐双扩散的影响作用更强烈。 展开更多

关键词 盐梯度太阳池 热盐双扩散 Soret效应和Dufour效应 格子boltzmann方法

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热物性对混合型CPCMs固液相变特性影响模拟研究

12

作者 代佳琳 毕唯东 +4 位作者 雍玉梅 陈文强 莫晗旸 孙兵 杨超 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期1914-1927,F0004,共15页

只有掌握基底和相变材料(PCMs)的热物性对换热特性的影响,才能准确描述混合型复合相变材料(CPCMs)储热性能及有效利用CPCMs。基于双分布(DDF)格子Boltzmann模型,验证并模拟了不同基底和PCMs固、液相的比热容和热扩散系数条件下混合型CP... 只有掌握基底和相变材料(PCMs)的热物性对换热特性的影响,才能准确描述混合型复合相变材料(CPCMs)储热性能及有效利用CPCMs。基于双分布(DDF)格子Boltzmann模型,验证并模拟了不同基底和PCMs固、液相的比热容和热扩散系数条件下混合型CPCMs的相变换热、流动过程,归纳其对相变速率储热的影响规律。结果表明:PCMs内液体环流的自然对流换热对总的换热过程起到促进作用。基材的比热容越大,相变速率越快,能够获得更大储热量;提高基材热扩散系数有利于提高相变速率。固相PCMs比热容越小,相变速率越快,但固、液相变界面越厚,相变越不稳定,所以如果期望得到更高的相变速率可选择固相小于液相比热容的PCMs,但如果更加看重相变的稳定性优先选择固相大于液相比热容的PCMs。 展开更多

关键词 复合材料 数值模拟 格子boltzmann方法 热物性 相变

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耦合多孔介质层的内产热腔体双扩散自然对流 被引量：1

13

作者 胡江涛 蒋文涛 梅硕俊 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第20期8660-8669,共10页

为提升太阳池的蓄热能力和运行稳定性,需要充分了解盐梯度太阳池的热盐对流特性。采用格子Boltzmann方法模拟研究具有多孔介质层内产热腔体内的双扩散自然对流与熵产。探讨内产热系数、达西数、Soret与Dufour效应等影响因素作用下,腔体... 为提升太阳池的蓄热能力和运行稳定性,需要充分了解盐梯度太阳池的热盐对流特性。采用格子Boltzmann方法模拟研究具有多孔介质层内产热腔体内的双扩散自然对流与熵产。探讨内产热系数、达西数、Soret与Dufour效应等影响因素作用下,腔体内热质传递过程与熵产的变化规律。结果表明:低达西数的多孔介质层有助于抑制腔体底面的传热传质效率,且盲目减小达西数的影响并不大,而内产热的增加会抑制腔体底面的传热传质效率。Soret效应有助于促进腔体内部的传质过程,而Dufour效应对传热过程有积极影响。低达西数的多孔介质层有助于抑制熵产的产生,而内产热强度对熵产有促进作用,且在高内产热强度的工况下,热不可逆性处于主导地位。Soret效应对熵产的作用不明显,而Dufour效应对熵产有促进作用,且在高Dufour效应作用下,热不可逆性在总熵产中占主导地位。 展开更多

关键词 格子boltzmann方法 双扩散自然对流 多孔介质层 熵产 内产热腔体

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