基于LBM的一类感温磁流体绕流问题传热机理的数值研究

摘要

格子Boltzmann方法是近年来得到广泛应用的一种基于介观尺度的流体力学数值方法,而复杂边界的处理一直是计算流体力学界关注的重点问题之一.热流动现象在工程问题中普遍存在,如何有效的模拟热流动现象,从而揭示其物理规律是一个十分有意义的课题.感温磁流体作为近年来热门的功能材料,其传热机理研究也是工程界感兴趣的内容,因此感温磁流体的传热特性是值得研究的.本文分三部分,共四章.主要内容为:
　　第一部分,是格子Boltzmann方法的基本介绍,包括方法的物理背景,基本理论和基本模型以及边界处理方式.
　　第二部分,主要是耦合格子Boltzmann方法和强制边界浸没边界法,主要是为了满足无滑移速度边界条件和温度边界条件.具体来说,包括速度校正、温度校正、热通量校正三个基本方法,分别针对速度无滑移边界条件,温度狄利克雷边界条件和温度的诺依曼边界条件,同时推导了原始的强制边界条件浸没边界法没有给出的关于满足温度诺依曼边界条件的隐式方程.在上述基础上给出了方腔内含圆柱自然对流、同心圆环自然对流两个模拟算例的结果,并与前人的结果做了比较,表明了方法的良好数值模拟效果.
　　第三部分,主要是介绍了本文提出的一种迭代校正的浸没边界法.针对第二部分强制边界浸没边界法的实施过程中的某些问题,本文提出了一种迭代校正的方法,包括速度场和温度场的校正过程.本文分别用强制对流和自然对流两个算例验证了我们提出的方法的正确性和有效性.
　　第四部分,是先介绍了感温磁流体控制方程的基本理论,以及其格子Boltzmann求解模型.运用第二部分研究的算法,我们模拟了不同磁场分布下感温磁流体的流动和传热特性,并且对数值模拟的结果进行物理机理上的讨论.

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第一章 绪 论

S1.1 研究背景及现状

S1.2 论文主要工作

S1.3 本文所用的记号

第二章 格子Boltzmann方法的基本理论和基本模型

S2.1 物理背景

S2.2 格子Boltzmann基本模型

S2.3 边界处理方式

第三章 格子Boltzmann方法和强制边界条件浸没边界法的耦合模型

S3.1 强制边界条件浸没边界法

S3.2 算法流程

S3.3 数值算例

第四章 格子Boltzmann方法和迭代校正浸没边界法的耦

S4.1 基本思路

S4.2 速度场的迭代校正过程

S4.3 温度场的迭代校正过程

S4.4 关于收敛性和松弛因子的讨论

S4.5 数值算例

第五章 感温磁流体绕流传热问题的数值模拟

S5.1 感温磁流体的控制方程和LBM求解模型

S5.2 感温磁流体绕流传热问题的数值模拟

总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果