流动边界层重构机理及强化传热特性研究
目前,城市污水、海水等作为一种可回收再利用的清洁能源在很多领域得到了广泛应用。其中,最合理的利用形式是被当为换热设备的冷源和热源。但是,污水、海水中大量杂物的存在会在换热器壁面出现粘泥和微生物的贴附挂壁现象,且流速越高,总传热系数就越小。当粘性流体流过换热器表面时,表面处流动边界层的存在会直接影响到换热系数的提高,从而进一步关系着换热器的性能好坏。 格子Boltzmann方法(LBM)的由来需要追溯到格子气自动机的应用,是一种很有前景的用以求解实际问题的解法。通过将流体看成微观粒子,通过构造基于微观动力学且满足一定要求的迁移机制,最后通过统计计算得到流体速度、密度等宏观量来判定流体的实际运动特性。LBM方法的密度分布函数只与相邻格点息息相关,在并行计算方面具有无可比拟的优势。LBM程序结构简单,可以解决一些复杂边界问题。 本文前三章详细介绍了LBM方法的重要原理及在运动边界方面的具体应用,并通过模拟算例验证该方法的可靠性。同时,本文针对扰流柱对流动边界层重构机理及强化传热特性研究主要沿以下步骤展开: (1)首先,建立具有不同迎流面形状的扰流柱模型,分析迎流面形状对流场流动特性及边界层厚度的影响并选出最佳形状。结果表明:尽管底部扰流柱的存在可以很好的减小上板边界层的厚度,但是柱体后方回流区流速迟缓。 (2)基于此,本文第五章提出通过电机等动力机械驱动机械臂来带动扰流柱运动破坏底部的边界层形成,增强整个流场中层层之间的扰动,起到改善换热效果的作用。在模拟过程中看到扰流柱的远离对近处壁面造成的影响程度逐步减弱,从而使得边界层又会逐渐的增厚并恢复原状,完成边界层重构。 (3)基于边界层重构这一现象,本文考虑在边界层即将恢复的位置再设立一个扰流柱来继续破坏边界层从而加长边界层削弱的区域形成良性循环,并通过采用LBM方法模拟求出最优间距。
格子Boltzmann方法;流动边界层;重构机理;传热特性;钝体绕流
中国海洋大学
硕士
工程热物理
李艳
2014
中文
TK172;TK124
74
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）