双扩散自然对流的格子Boltzmann模拟

建立了一个模拟双扩散自然对流系统的格子Boltzmann模型,用此模型对受温度和浓度梯度驱动的方腔流动进行了模拟,研究了浓度Rayleigh数对传热传质的影响,并与其它文献的结果进行了比较.     

方腔内双扩散混合对流非线性格子Boltzmann研究

采用格子Boltzmann方法对方腔内双扩散混合对流的非线性特性进行数值模拟.发热圆位于方腔中心,流体从方腔左侧底部流进,流出位置分别为顶部右侧、中间和左侧三种情况.结果表明,不同参数下的双扩散混合对流存在稳态定常解、周期性振荡解和非周期性振荡解,监测点速度相图分别表现为最终到达一个点、一个封闭环和没有规律的曲线.     

考虑Soret和Dufour效应的方腔内双扩散自然对流格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法,考虑Soret和Dufour效应,对内置高浓度发热圆的方腔内部双扩散自然对流现象进行数值模拟.高浓度发热圆位于方腔中心,四周壁面均为低温低浓度.在该模型中,用三个独立的LBGK方程分别模拟速度场、温度场和浓度场,并通过Boussinesq近似将它们耦合起来.分析Soret数和Dufour数对方腔内部双扩散自然对流的影响,得到流线图、等温线图、等浓度线图、发热圆表面平均Nusselt数和平均Sherwood数.结果表明：Soret和Dufour效应对方腔内双扩散自然对流影响明显,不能忽略.     

用格子Boltzmann方法数值模拟三维空化现象

空化是一种微观、瞬时、随机、多相的复杂现象,其过程中所产生的极端条件以及伴随的一系列空化效应,将对液流系统产生破坏性和建设性两方面的作用.采用基于Shan-Chen模型的单组分多相流格子Boltzmann方法对水体中的三维空化现象进行了数值模拟,研究了低压下水体中气核半径与空化现象的相互关系,成功再现了低压下水体中微小气核发展成气泡的过程,并进一步研究了水体依次流经低压区、高压区时空化产生、发展、溃灭的全过程.数值模拟结果和理论预测结果符合良好. 关键词： 单组分多相流 格子Boltzmann方法 三维空化     

基于格子Boltzmann方法的液滴沿固壁铺展动态过程模拟

矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程,考虑到固体与液体间分子作用力,本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟,结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律,确定了液滴表面张力与铺展最大直径间的关系,固壁润湿性对铺展最大速度值影响较大,这些与物理试验及文献结果符合良好. 进一步考察了疏水性强的固壁,发现当液滴表面张力足够小时,铺展接触角可以在90°以下,与理论公式符合. 研究发现铺展过程中伴随着振荡,且铺展到最大时液膜有回缩趋势. 关键词： 液滴 格子Boltzmann方法 铺展 数值模拟     

多孔介质方腔内混合对流格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法,对多孔介质方腔内的混合对流现象进行研究.方腔内部中心有一发热圆,径宽比D/L=0.4,冷流体从方腔左下角入口流进,从方腔左上角出口流出,四周壁面绝热.在普朗特数Pr=0.71和格拉晓夫数Gr=1.4×10⁴时,分析理查德森数Ri和达西数Da对发热圆表面平均努赛尔数Nu的影响.结果表明：Ri数位于10^-3~10范围内,Nu随Ri的增大而减小.Da越大,Ri对Nu的影响越显著;Da数位于10^-5~10^-2范围内,强制对流占主导的情况下（Ri≤0.1）,Nu随着多孔介质的Da的增大而增大.自然对流占主导的情况下（Ri=10）,Nu对Da的变化不敏感.     

格子Boltzmann方法模拟自然对流作用下融化传热过程

建立自然对流作用下融化的格子Boltzmann双分布函数模型,根据非线性对流扩散方程的格子Boltzmann模型理论提出一个新的表征融化温度场的分布函数演化方程,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性传热问题.应用模型对热传导融化及自然对流融化特别固液变热物的融化过程进行模拟.模拟结果与分析解、经典的关联式结果吻合较好,模型的正确性得到了验证.模拟结果表明,自然对流对融化传热过程有着重要的影响,此外固相热传导也对融化传热、融化速率及固液两相温度分布都有一定影响.     

二维空腔黏性流的格子Boltzmann方法模拟

用13速六方格子BhatnagarGrossKrook(缩写为BGK)模型模拟二维空腔黏性流.给出了上边界流体作匀速运动时,具有不同雷诺数的空腔黏性流的流场速度分布情况,模拟了在雷诺数Re=3000时,流场中的涡旋形成过程及流场稳定后,腔内密度、压力和温度的分布情况 关键词：     

疏水表面减阻的格子Boltzmann方法数值模拟

采用格子Boltzmann方法的多松弛模型和Shan-Chen多相流模型对雷诺数为100的疏水表面方柱绕流进行了数值模拟, 分析了疏水表面接触角和来流含气率对方柱绕流流场的影响. 研究结果表明: 疏水表面接触角一定时, 来流含气率在一定范围内, 疏水表面具有减阻的能力, 超出这一范围时会出现阻力系数、升力系数升高的现象, 同时在方柱近壁面处伴随涡的形成产生了气团脱落; 当来流含气率处于适当水平时, 接触角越大, 绕流物体近壁面处含气率越稳定, 减阻效果越明显. 分析发现疏水表面减阻的关键在于保证近壁面处气层的稳定性, 此时接触角越大, 减阻效果越明显. 本文从含气率角度出发分析疏水表面的减阻现象, 为进一步探索疏水表面减阻机理提出了新的思路.     

利用格子Boltzmann方法模拟矩形腔内纳米流体Raleigh-Benard对流

利用格 子 Boltzmann方法模拟矩形腔内纳米流体Rayleigh-Benard对流, 得到温度场和流线分布, 比较分析不同Ra数、体积分数、粒径下纳米流体对流换热的变化情况. 结果表明: 在相同的Ra 数和体积分数下, 纳米流体的对流换热随着粒径的增大而减弱; 在相同的Ra数和粒径下, 纳米流体的对流换热随着体积分数增大而增强. 关键词： 纳米流体 Raleigh-Benard 多相流 格子Boltzmann方法     

改性疏水固壁润湿性反转现象的格子Boltzmann方法模拟

基于疏水固壁改性会引起润湿性反转的特点,采用考虑固体与液体间分子力的格子Boltzmann方法,从壁面的线性和瞬时改性两方面对润湿性反转现象进行了数值模拟,并结合流体体积方法处理界面层质量.结果表明:壁面线性改性的过程中润湿性反转变化平稳,润湿所需时间大幅减少,所得到的接触角与固液吸引力系数的关系与其他文献结果一致;壁面瞬时改性幅度越大说明固壁对液滴作用力越强,表现为润湿性变化越明显,瞬时改性后接触角随时间呈指数规律变化,这与现有结论相符合.研究发现:在改性条件下液膜铺展过程中伴随着振荡变化,线性改性的振动峰值与改性幅度相关;瞬时改性的液膜速度会在某一时刻突然增大,这种现象与夹带空气有关.     

零质量射流激励下诱发液体相变及其格子Boltzmann方法模拟

使用格子Boltzmann方法对零质量射流激励下液体的相变演化过程进行了数值模拟和分析.首先,提出了此特定零质量射流进出口边界的处理格式.然后,结合Shan和Doolen提出的单组分多相模型,模拟了方腔内液体受到此零质量射流激励而诱发产生空化的过程,着重分析了三个重要射流参数ε/T,T和v out/v in对方腔内液体相变的影响.分析表明:演化过程中方腔内气相节点数量在初始阶段急剧增长,然后经振荡趋于一个稳定值.由于ε/T和v out/v in可以反映射流在出入方腔两个过程间相互转换时的急剧变化,所以能够影响方腔中的液体相变的演化;而改变参数T并不影响射流速度的变化程度,所以T对液体相变的影响较弱.对于本文给定的参数取值,ε/T较小时,方腔内液体相变生成的孤立气泡脱离壁面;较大的ε/T下产生附着于方腔壁面的气泡,并且能够加速液体的相变进程;v out/v in的增加使方腔内相应的孤立气泡所覆盖的范围略有减小.研究结果揭示了零质量射流激励诱发的液体相变过程,为进一步探索液体空化的控制途径奠定了基础.     

热对流条件下颗粒沉降的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法模拟了在热对流条件下的颗粒沉降问题, 在研究单颗粒在等温流体、热流体和冷流体中运动的基础上, 进一步模拟了两个不同温度的颗粒在流体中的沉降.结果表明:两等温颗粒的沉降方式与雷诺数Re以及格拉晓夫数Gr密切相关, 而两不同温度的颗粒与两等温颗粒的沉降规律有显著不同.无论初始位置如何, 冷颗粒最终总位于热颗粒下方运动, Re较大时, 发生连续的拖曳、接触现象, 而Re较小时, 冷颗粒会以较大的沉降速度远离热颗粒. 关键词： 格子Boltzmann方法 颗粒沉降 热对流     

Simulation of natural convection under high magnetic field by means of the thermal lattice Boltzmann method

The thermal lattice Boltzmann method (TLBM), which was proposed by J. G. M. Eggels and J. A. Somers previously, has been improved in this paper. The improved method has introduced a new equilibrium solution for the temperature distribution function on the assumption that flow is incompressible, and it can correct the effect of compressibility on the macroscopic temperature computed. Compared to the previous method, where the half-way bounce back boundary condition was used for non-slip velocity and temperature, a non-equilibrium extrapolation scheme has been adopted for both velocity and temperature boundary conditions in this paper. Its second-order accuracy coincides with the ensemble accuracy of lattice Boltzmann method. In order to validate the improved thermal scheme, the natural convection of air in a square cavity is simulated by using this method. The results obtained in the simulation agree very well with the data of other numerical methods and benchmark data. It is indicated that the improved TLBM is also successful for the simulations of non-isothermal flows. Moreover, this thermal scheme can be applied to simulate the natural convection in a non-uniform high magnetic field. The simulation has been completed in a square cavity filled with the aqueous solutions of KCl (11wt%), which is considered as a diamagnetic fluid with electrically low-conducting, with Grashof number Gr=4.64× 10^4 and Prandtl number Pr=7.0. And three cases, with different cavity locations in the magnetic field, have been studied. In the presence of a high magnetic field, the natural convection is quenched by the body forces exerted on the electrically low-conducting fluids, such as the magnetization force and the Lorentz force. From the results obtained, it can be seen that the quenching efficiencies decrease with the variation of location from left, symmetrical line, to the right. These phenomena originate from the different distributions of the magnetic field strengths in the zones of the symmetrical central line of the magnetic fields. The results are also compared with those without a magnetic field. Finally, we can conclude that the improved TLBM will enable effective simulation of the natural convection under a high magnetic field.     

基于格子Boltzmann方法的自驱动Janus颗粒扩散泳力

Janus颗粒的自驱动力研究对于纳微米尺度驱动力课题具有重要意义,本文针对Pt-SiO_2型Janus颗粒,基于格子Boltzmann模型及动量交换法提出了计算其扩散泳力的方法,通过与实验数据对比修正验证了模型准确性,并通过分析证明了此类Janus颗粒的扩散泳力与速度场无关,进一步模拟比较了不同形状颗粒的自驱运动.分析发现,对于体积相等形状不同的Janus颗粒,扩散泳力主要由轴线投影面积决定,此外反应面积也会对扩散泳力产生影响.     

Three-dimensional multi-relaxation-time lattice Boltzmann front-tracking method for two-phase flow

We developed a three-dimensional multi-relaxation-time lattice Boltzmann method for incompressible and immiscible two-phase flow by coupling with a front-tracking technique. The flow field was simulated by using an Eulerian grid, an adaptive unstructured triangular Lagrangian grid was applied to track explicitly the motion of the two-fluid interface, and an indicator function was introduced to update accurately the fluid properties. The surface tension was computed directly on a triangular Lagrangian grid, and then the surface tension was distributed to the background Eulerian grid. Three benchmarks of two-phase flow, including the Laplace law for a stationary drop, the oscillation of a three-dimensional ellipsoidal drop,and the drop deformation in a shear flow, were simulated to validate the present model.     

Three-dimensional lattice Boltzmann method for simulating blood flow in aortic arch

The three-dimensional （3D） lattice Boltzmann models, 3DQ15, 3DQ19 and 3DQ27, under different wall boundary conditions and lattice resolutions have been investigated by simulating Poiseuille flow in a circular cylinder for a wide range of Reynolds numbers. The 3DQ19 model with improved Fillippova and Hanel （FH） curved boundary condition represents a good compromise between computational efficiency and reliability. Blood flow in an aortic arch is then simulated as a typical haemodynamic application. Axial and secondary fluid velocity and effective wall shear stress profiles in a 180° bend are obtained, and the results also demonstrate that the lattice Boltzmann method is suitable for simulating the flow in 3D large-curved vessels.