格子Boltzmann方法研究外掠圓管及管束的流動和換熱特性.pdf

1、格子Boltzmann方法是一種起源于格子氣自動機，而后又被證明可以通過對速度、空間和時間離散，由連續(xù)玻爾茲曼方程推導得出，可用于模擬粘性不可壓縮和可壓縮流體流動與換熱的方法。格子Boltzmann方法與傳統(tǒng)的計算方法相比，它是從微觀角度建模，并具有算法簡單，其控制方程的對流項是線性的，同時流體的壓力也無需求解Possion方程得到，能處理復雜的邊界條件和并行性高等優(yōu)點，現(xiàn)在已經應用于流體力學的多個領域。
　　 格子Boltzm

2、ann方法基于氣體動力學。低Ma數極限情況下，格子BoltzmannBhatnagar-Gross-krook(LBGK)模型是模擬不可壓流體流動和傳熱的二階算法。但邊界處理的數值精度依賴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和傳熱這一在工程實際中的經典問題，同時探討非平衡態(tài)外推法處理曲面邊界時，算法的穩(wěn)定性和數值精度，其主要工作和結論如下：
　　 1)從連續(xù)B

3、oltzmann方程入手，通過對速度、空間和時間離散，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多尺度展開技術，得到了宏觀的Navier-Stokes方程，從而建立模型參數與宏觀物理量之間的聯(lián)系。
　　 2)理論推導得出雙分布函數模型，并且對圓管的曲面邊界進行處理(采用非平衡態(tài)外推法)，與此同時，本文提出了固體內部節(jié)點的選擇法則，并類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和傳熱發(fā)現(xiàn)：Re<10時流動呈穩(wěn)定狀態(tài)，不出現(xiàn)脫體，在流動方向上的溫度分布明顯拉長，而在y方向的影響范圍反而減??；10≤Re<50時，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穩(wěn)定的渦旋，對流換熱增強，溫度場的分布也因為脫體的作用呈現(xiàn)出兩個峰值分布；雷諾數增大至Re≥50的時候，流體流動開始呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)流動，慢慢的出現(xiàn)卡門渦街。換熱系數明顯增大，