含相变微粒流体RB自然对流稳定性研究

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在能源形势日趋紧张的今天,节能具有极其重要的意义。作为一种能强化对流传热的相变储能材料,含相变微粒乳胶液具有很大的实际应用价值。本文主要对含相变流体微粒Rayleigh-Bénard自然对流的稳定性进行了研究。在不考虑边界影响的情况下,采用Galerkin方法对相变流体的热启动问题进行了理论分析,得到了近似的解析解,并推导出了适于工程应用的临界数Racr计算公式。通过和已有数值解的对比,相对误差小于6%,验证了其正确性。在考虑边界影响时,采用数值微分方法对线性稳定性进行了求解,得到了临界雷利数Racr,同时对边界条件各种参数,如导热系数,厚度等对Racr的影响进行了数值求解分析。得到了不同边界条件下的临界参数,以及临界雷利数Racr随相角?和比热容变化波幅b的变化趋势。结果表明:和不考虑边界影响时的情况相比,临界雷利数Racr随相角?和比热容变化波幅b的变化趋势基本相同,但是临界雷利数的值会随着边界条件的不同而改变。格子波尔兹曼方法是近几十年来发展起来的一种新的数值计算方法。和传统的数值方法相比,它具有很多优点。在对格子Boltzmann方法的概况、模型以及边界条件处理等问题做了简要介绍的基础上。尝试采用LBM对几种典型结构下的流动和传热进行了模拟计算,通过与前人的结果进行对比,验证了程序的正确性。先后对比热和粘度随温度变化的流体的Rayleigh-Bénard对流进行了初步模拟计算,证实了通过改变τ_f和τ_ g来改变流体的粘度或者热扩散系数的方法的可行性。同时,阐述了现有LBM模型在研究复杂流体自然对流稳定性上的一个困难。在本文的结尾,基于本课题研究中遇到的问题,对今后的进一步研究提出了建议。
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