格子Boltzmann方法研究外掠圓管及管束的流動(dòng)和換熱特性.pdf

1、格子Boltzmann方法是一種起源于格子氣自動(dòng)機(jī)，而后又被證明可以通過(guò)對(duì)速度、空間和時(shí)間離散，由連續(xù)玻爾茲曼方程推導(dǎo)得出，可用于模擬粘性不可壓縮和可壓縮流體流動(dòng)與換熱的方法。格子Boltzmann方法與傳統(tǒng)的計(jì)算方法相比，它是從微觀(guān)角度建模，并具有算法簡(jiǎn)單，其控制方程的對(duì)流項(xiàng)是線(xiàn)性的，同時(shí)流體的壓力也無(wú)需求解Possion方程得到，能處理復(fù)雜的邊界條件和并行性高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于流體力學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域。
　　 格子Boltzm

2、ann方法基于氣體動(dòng)力學(xué)。低Ma數(shù)極限情況下，格子BoltzmannBhatnagar-Gross-krook(LBGK)模型是模擬不可壓流體流動(dòng)和傳熱的二階算法。但邊界處理的數(shù)值精度依賴(lài)于不同邊界處理方法的選取。本文采用LBGK模型，圓管曲面邊界采用非平衡態(tài)外推法。模擬了外掠圓管和管束的流動(dòng)和傳熱這一在工程實(shí)際中的經(jīng)典問(wèn)題，同時(shí)探討非平衡態(tài)外推法處理曲面邊界時(shí)，算法的穩(wěn)定性和數(shù)值精度，其主要工作和結(jié)論如下：
　　 1)從連續(xù)B

3、oltzmann方程入手，通過(guò)對(duì)速度、空間和時(shí)間離散，得到了離散后的格子Boltzmann方程。并從格子Boltzmann方程出發(fā)，利用Chapman-Enskog多尺度展開(kāi)技術(shù)，得到了宏觀(guān)的Navier-Stokes方程，從而建立模型參數(shù)與宏觀(guān)物理量之間的聯(lián)系。
　　 2)理論推導(dǎo)得出雙分布函數(shù)模型，并且對(duì)圓管的曲面邊界進(jìn)行處理(采用非平衡態(tài)外推法)，與此同時(shí)，本文提出了固體內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的選擇法則，并類(lèi)推出溫度外推法的處理方法等。

4、
　　 3)格子Boltzmann方法模擬流體外掠圓管的流體流動(dòng)和傳熱發(fā)現(xiàn)：Re<10時(shí)流動(dòng)呈穩(wěn)定狀態(tài)，不出現(xiàn)脫體，在流動(dòng)方向上的溫度分布明顯拉長(zhǎng)，而在y方向的影響范圍反而減小；10≤Re<50時(shí)，流體繞流圓管發(fā)生脫體，但是仍然能夠形成穩(wěn)態(tài)，在圓管背流面形成兩個(gè)穩(wěn)定的渦旋，對(duì)流換熱增強(qiáng)，溫度場(chǎng)的分布也因?yàn)槊擉w的作用呈現(xiàn)出兩個(gè)峰值分布；雷諾數(shù)增大至Re≥50的時(shí)候，流體流動(dòng)開(kāi)始呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，慢慢的出現(xiàn)卡門(mén)渦街。換熱系數(shù)明顯增大，