磁流体流动与能量传递的格子Boltzmann方法

摘要

格子Boltzmann方法是一种新兴的基于介观层次的数值模拟方法，它以离散的运动论和统计力学为出发点来描述流体。本文基于格子Boltzmann方法研究了磁流体的一些特性。本文系统地介绍了格子Boltzmann方法和该方法中的两个重要模型：有效迁移模型和添加作用力的模型，给出了模拟高雷诺数空腔流、两相分离现象、空腔内自然对流等实例。同时，本文描述了磁流体的基本特性和动力学特性，对磁流体中的磁性粒子进行了详细的受力分析。在此基础之上，本文针对磁流体液滴变形，宏观静止磁流体结构以及两无限大平板间流动与传热特性等建立了相应的格子Boltzmann模型，并进行了相关的模拟和分析。计算与模拟的结果显示，格子Boltzmann方法能有效地处理流体中复杂的粒子间相互力作用，可以较好地模拟磁流体的复杂行为。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号说明

声明和学位论文使用授权声明

1绪论

1.1研究背景

1.2论文提出

1.3国内外研究进展

1.3.1磁流体的发展与现状

1.3.2格子Boltzmann方法在国内外的研究进展

1.3.3格子Boltzmann方法在磁流体方面的研究进展

1.4本文的主要工作

2格子Boltzmann方法

2.1格子Boltzmann方法的发展

2.1.1格子气自动机(LGA)

2.1.2格子Boltzmann方法思想

2.1.3格子Boltzmann模型描述

2.2格子Boltzmann方法中的边界处理方法

2.3从格子Boltzmann方程到Navier-Stokes方程

2.4从格子Boltzmann方程到含源项的对流传热方程

3格子Boltzmann方法中的两个重要模型

3.1有效迁移模型

3.1.1有效迁移模型的理论推导

3.1.2高雷诺数空腔流模拟

3.2在流动模型中添加力的作用

3.2.1力项模型推导

3.2.2两相分离模拟

3.2.3封闭空腔中的自然对流模拟

4磁流体的特性

4.1磁流体的基本特性

4.1.1磁化特性

4.1.2热磁特性

4.1.3表面特性

4.2磁流体的动力学特性

4.2.1范德华吸引力

4.2.2磁性粒子间的静磁相互作用

4.2.3磁性粒子受到外磁场的作用

4.2.4磁性粒子受到其它体积力

5磁流体流动与传热的格子Boltzmann模型

5.1磁流体液滴变形模拟

5.2磁流体结构的格子Boltzmann模拟

5.3平板间磁流体的流动与传热模拟

5.3.1外加点源梯度磁场

5.3.2外加恒定梯度磁场

5.3.3单相流与两相流计算比较

6结束语

致谢

参考文献