燃料電池和垃圾填埋場的數(shù)值模擬.pdf

1、格子Boltzmann方法又被稱作介觀模擬方法，在微觀上是連續(xù)方法，宏觀上是離散方法，是一個十分活躍的數(shù)值模擬工具和科學(xué)研究手段，可以應(yīng)用到多孔介質(zhì)流、化學(xué)反應(yīng)流、磁流體、非牛頓流體、多相多質(zhì)流等許多領(lǐng)域。格子Boltzmann方法與其他傳統(tǒng)數(shù)值方法相比，具有并行性能好，物理圖像清晰，程序易于實(shí)施和邊界處理簡單等優(yōu)點(diǎn)，尤其在解決復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的問題時有很大優(yōu)勢。
　　 微生物燃料電池（簡稱MFC）是一種能夠把微生物作為催化劑分解有

2、機(jī)物質(zhì)從而產(chǎn)生電能的新型環(huán)境友好型能源裝置。到目前為止，對于微生物燃料電池內(nèi)在連續(xù)流的條件下流體穿過多孔陽極的對流現(xiàn)象，人們已經(jīng)做了大量研究。然而，流體穿過多孔陽極的力學(xué)機(jī)理和多孔介質(zhì)與MFC的定量關(guān)系還不是很清晰。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)MFC裝置的距離在某個特定范圍時輸出功率明顯增大?；谶@些實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，我們利用格子Boltzmann方法研究了陽極與陰極之間的距離和多孔陽極達(dá)西數(shù)對MFC輸出功率的影響。結(jié)果表明陽極與陰極之間的距離影響MFC中

3、流體的速度和流體在多孔陽極中的滯留時間。此外，還發(fā)現(xiàn)多孔陽極的達(dá)西數(shù)能夠影響MFC的輸出功率。我們的模擬結(jié)果對MFC的優(yōu)化設(shè)計是有一定幫助的。
　　 垃圾填埋法是處理生活垃圾的主要方法。但該種方法會造成一定的環(huán)境問題，垃圾分解過程中會產(chǎn)生大量高濃度污染物的滲濾液，這些滲濾液如果不加處理會嚴(yán)重污染周圍環(huán)境。根據(jù)滲流力學(xué)結(jié)合熱力學(xué)理論，分析了垃圾填埋場內(nèi)的熱效應(yīng)和滲流機(jī)理，在垃圾填埋場中建立了溫度場與滲流場耦合的三維數(shù)學(xué)模型，并給出

4、了與該數(shù)學(xué)模型相對應(yīng)的有限元方法，并對其進(jìn)行了數(shù)值模擬。重點(diǎn)研究了溫度變化和滲透率的改變對垃圾填埋場內(nèi)滲濾液的滲流機(jī)理的影響，結(jié)果顯示兩者相互作用最終會形成穩(wěn)定的滲流場和溫度場。
　　 文章還綜述了用格子Botzmann方法模擬直接甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的研究進(jìn)展，具體介紹了利用格子Boltzmann方法模擬燃料電池中的多相流，傳熱傳質(zhì)和電化學(xué)反應(yīng)過程等的最新進(jìn)展，認(rèn)識到格子Boltzmann方法作為一種計算流體力學(xué)的介觀模擬方