热声谐振管中声振荡的格子Boltzmann模拟

摘要

热声制冷机是一种新型环保的制冷机，所具有的诸多优点，使其应用装置得到广泛的研究。然而由于热声制冷机工作于非线性的热声耦合机制、多尺度效应及多孔介质结构环境下，使得热声理论和传统的数值模拟具有一定的挑战性，急需开发新的模拟分析方法。作者所在的课题组采用格子气对热声问题进行了探索性研究，并取得了一定的进展，本文在此基础上采用格子Boltzmann方法对热声谐振管中的介质振荡及传热进行研究。
　　 首先，针对热声谐振管的具体物理模型选择合适的格子Boltzmann模型（D2Q9双分布热格子Boltzmann模型），并根据相应的物理边界条件选择合适的格子Boltzmann边界处理格式，同时将非平衡态外推边界处理方法应用到等温边界中。
　　 其次，采用D2Q9总能双分布热格子Boltzmann模型对声波衰减进行了数值模拟，通过与分析解的比较，验证了所选择的格子Boltzmann模型的合理性。并对活塞驱动的谐振管稳定后的介质振荡特征进行了研究，分析了驱动频率对介质振荡密度幅值的影响，重点分析了谐振管中介质振荡的非线性现象，并用实验结果进行验证，模拟结果与实验结果的一致性证明了格子Bolzmann方可用于研究谐振管中介质振荡问题。最后，对内置板叠的谐振管进行了研究，通过板叠前后介质振荡相位差及幅值变化来分析板叠阻抗对流动介质振荡所产生的影响。研究表明板叠的抗对介质振荡影响不大，阻的影响比较明显。