周期性变化侧壁温度的方腔耦合自然对流的格子Boltzmann分析

摘要

研究方腔中的非稳态耦合自然对流具有重要的理论意义,因为其在流体动力学和传热领域的工程应用中广泛存在.然而,此前大多数关于该主题的工作是基于“伪固体比热”方法,这对于稳态问题和热容在不同介质之间保持不变的情况是有效的.在本工作中,采用一种结合了热容效应的改进格子Boltzmann模型来模拟具有周期性变化左侧壁温度方腔中的耦合自然对流.此外,还分析了几个参数的影响,如瑞利数,导热率,固液相热容比值,温度变化周期和温度变化幅度对流体流动和传热的影响.此外,为了提高计算效率,使用NVIDIA的CUDA在图形处理单元(GPU)上执行所有模拟.根据目前的模拟结果,观察到腔内涡流和流线的分布很大程度上取决于瑞利数和脉动温度;瑞利数的增加可以增强瞬态和全局传热;增加流体与固体壁的热容比只能增强瞬态传热,特别是当它大于1时,但是对整体传热没有影响;温度变化周期的减少可以增强瞬态传热,但它会略微削弱整体传热;温度变化幅度的增加可以增强瞬态传热,并略微加强整体传热;此外,发现固体与流体导热率的增加可以使传热性能变得更好.