輻射與對(duì)流耦合傳熱的格子Boltzmann-無網(wǎng)格混合算法.pdf

1、輻射對(duì)流耦合換熱問題作為傳熱領(lǐng)域的一個(gè)基本課題，在太陽(yáng)能集熱器、燃燒器、電子設(shè)備、航天器、核能工程等諸多工業(yè)應(yīng)用和熱分析領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。一般而言，在這些應(yīng)用中熱輻射和對(duì)流換熱過程不能單獨(dú)求解，特別是對(duì)于具有復(fù)雜光譜特性的衰減性介質(zhì)，耦合迭代求解比較困難。正如傳熱領(lǐng)域著名學(xué)者Viskanta教授1998年在一篇關(guān)于高溫傳熱領(lǐng)域的綜述中指出：“由于輻射對(duì)流耦合換熱問題本身的復(fù)雜性，相關(guān)機(jī)理還沒有完全解釋清楚，此領(lǐng)域還急需大量的基礎(chǔ)性研究?！?/p>

2、此后十余年里，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用數(shù)值計(jì)算或者實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)輻射對(duì)流耦合問題進(jìn)行了廣泛的研究。
　　格子 Boltzmann方法作為流體力學(xué)領(lǐng)域的一種新型介觀方法，自提出之后便受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。已故著名學(xué)者田長(zhǎng)霖先生1997年在一篇重要文獻(xiàn)中提到：“盡管許多物理現(xiàn)象和工程問題的研究尺度是宏觀尺度，但其根源仍然是分子尺度。建立跨尺度的物理模型有一定的困難，格子Boltzmann方法有望能為此提供有效的手段?！庇捎诟褡?Boltz

3、mann的介觀特性，相比于傳統(tǒng)的流體力學(xué)求解器，具有編程容易、計(jì)算過程簡(jiǎn)單、計(jì)算效率高、能夠適應(yīng)于復(fù)雜幾何形狀等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文提出了一種新型的基于格子 Boltzmann的多尺度耦合算法，即格子 Boltzmann和直接配點(diǎn)無網(wǎng)格混合方法（LB-DCM），并將其成功應(yīng)用于求解任意復(fù)雜形狀參與性介質(zhì)內(nèi)輻射對(duì)流耦合換熱問題。數(shù)值模擬證明，LB-DCM方法具有易于實(shí)施、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而，我們將LB-DCM方法應(yīng)用于求解輻射