不同溫度和濃度梯度下磁流體雙擴散對流的格子Boltzmann方法模擬.pdf

1、格子Boltzmann方法(LatticeBoltzmannMethod,LBM)是基于微觀層面上的一種新的數值模擬方法。LBM是把研究對象抽象為在微觀上比分子大,在宏觀上又無限小的微觀粒子來研究。與傳統(tǒng)數值模擬方法相比,LBM具有物理圖像清晰、邊界處理容易、計算效率高、本質并行性等獨特優(yōu)點。目前,LBM已成功應用于微尺度流動與換熱、多孔介質、磁流體力學、晶體生長等許多領域。
　　 本論文是用格子Boltzmann方法來模擬不同

2、溫度濃度梯度下矩形腔內二元混合導電氣體的雙擴散對流。我們采用常用的溫度濃度格子Bhatnagar—Gross—Krook(TCLBGK)模型,并用D2G9模型來模擬速度場,用D2Q4模型模擬溫度場和濃度場。并且認為矩形腔的上下壁是絕熱的,左右壁溫度和濃度是變化的,磁場沿x軸方向均勻加在矩形腔內。在模擬計算中,我們取Prandtl數Pr=1,Lewis數Le=2,熱Raleigh數RaT=105,Hartmann數Ha=0,25,50,無

3、量綱熱產生和熱吸收量φ=0,方腔長寬比A=2,濃度與溫度的效應比N=0.8,1.3。為了更詳細的反映矩形腔左右壁溫度濃度對雙擴散對流的影響,我們分別模擬了左右壁溫度梯度從下往上由0線性增加到2.0而濃度梯度不變?yōu)槌?.0、濃度梯度從下往上由0線性增大到2.0而溫度梯度不變?yōu)槌?.0和溫度濃度梯度都是由0線性增大到2.0時三種情況下的雙擴散對流。
　　 數值結果表明:對于第一種情況,在磁場強度Ha的取值范圍內時,N=0.8和N

4、=1.3對流都出現了明顯的分層現象,且分為上層由熱浮力效應驅動的沿順時針方向旋轉的熱流動和下層由濃度浮力效應驅動的沿逆時針方向旋轉的傳質流動。在矩形腔的中上部溫度梯度大于常濃度梯度的區(qū)域,熱對流占主要地位；然而,在矩形腔的下部溫度梯度小于常濃度梯度的區(qū)域,濃度梯度驅動的傳質對流占主要地位。這種現象表明溫度梯度越大熱對流越強。
　　 對于第二種情況,在磁場強度Ha的取值范圍內時,N=0.8和N=1.3對流也分方向相反的上下兩層,但

5、濃度浮力效應驅動的逆時針旋轉的傳質對流在上部,且占據了空腔的大部分區(qū)域,而熱浮力效應驅動的順時針熱流動占據下部的小部分區(qū)域。此現象表明濃度梯度對溶質擴散對流有重要的影響。且當Ha=0時,無論N=0.8還是N=1.3,在空腔下部區(qū)域都出現了溶質擴散停滯現象,但隨著Ha的增大,傳質區(qū)域增大。這表明此情況下磁場可以加強傳質對流。
　　 對于第三種情況,濃度梯度與溫度梯度相互影響,對于N=0.8,熱浮力效應占主導地位,流線基本沒有出現分