纳米流体流动与传质过程模拟的格子Boltzmann方法

摘要

纳米流体是流体与纳米粒子以一定比例混合而成的胶体悬浮物,近年来用于强化传热和传质过程.本文选用单相方法来研究纳米流体流动状态下的流动与传质特征,该方法将液-固两相悬浮液视作一种均匀的混合介质,假定液相和固相处于热平衡状态且具有相同的速度.随着计算机技术的发展,格子Boltzmann方法的出现和发展,为这一问题的模拟研究提供了一条新的路径.本文采用格子Boltzmann 方法模拟了罗丹明B在粒子体积份额0.1%的水基纳米Cu 纳米流体中的扩散情况,模拟结果与文献实验结果吻合良好,从而证明了该方法的正确性、有效性.并以水作为研究物系,采用格子Boltzmann 方法,对不加入和加入纳米颗粒的条件下罗丹明B在水中的扩散与对流过程进行了模拟;考察了Cu 纳米粒子的加入量对传质的影响.模拟结果表明,在一定的浓度范围内,随着加入量增大,传质系数和增强因子也随之增大.定义两种情况下传质系数的比值为传质增强因子F,对比两种情况下F的值表明,添加纳米颗粒可以明显强化流体的传质过程.