离子液体[EMIM][Tf2N]对流传热和界面吸收的LBM模拟

摘要

吸收式热泵和吸收式制冷机均是利用工业低品位的废热、余热作为驱动动力的具有经济效益的节能装置，可以广泛应用于住宅和商业楼的供暖供冷。目前吸收式循环的工质对主要为LiBr/H2O和NH3/H2O。LiBr/H2O工质对容易腐蚀金属，而且运行时容易发生结晶，对装置和操作要求都很高;NH3/H2O工质对有毒，不宜广泛应用。开发新型工质是非常有必要的。
　　离子液体是一种能够溶解有机物以及无机物的绿色溶剂。具有许多天然的特性:蒸汽压小、具有热稳定性、可设计性等特点，有些离子液体可以与水、醇等物质以任意比例互溶。近来很多学者提出离子液体可以作为吸收式循环新型的吸收剂。
　　格子Boltzmann方法是一种介观的数值模拟方法，这种数值计算方法是以分子动理论为基础，通过计算粒子的分布函数，根据碰撞理论和统计力学，粒子经过碰撞和迁移，最终得到宏观物理量的过程。这个过程能够模拟计算流体的流动、传热和传质问题。与传统计算流体方法比较，格子Boltzmann方法具有天然的并行性，计算效率高，编程容易，边界条件处理简单等优势;同时格子Boltzmann方法能够处理复杂边界，因此能够模拟计算多相流和多组分问题。
　　本文以离子液体[EMIM][Tf2N]为研究对象，采用单相格子Boltzmann模型模拟离子液体自热对流传热问题，分析传热机理，结果表明离子液体的传热效果比水差;运用两相和单相LB模型模拟离子液体[EMIM][Tf2N]-Al2O3纳米流体的对流传热情况，结果表明离子液体型纳米流体的传热效果随着Ra数以及纳米粒子的体积分数增大而增大。两相LB模型也呈现同样的趋势。但是相比较单相格子Boltzmann模型，两相LB模型模拟模拟[EMIM][Tf2N]-Al2O3体系传热效果更好;离子液体[EMIM][Tf2N]吸收CO2界面发生Rayleigh对流过程，采用浓度扰动模型，离子液体[EMIM][Tf2N]-CO2体系模型参数在0.04≤P≤0.2;0＜△C≤10-7kg/m3范围内时，Rayleigh对流发生的临界时间的理论预测值与计算值才相吻合。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 离子液体的应用

1．3 格子Boltzmann方法理论介绍

1．3．1 基本方程推导

1．3．2 边界条件处理

1．3．3 外力项处理

1．3．4 单位转化

1．3．5 计算步骤

1．4 本文主要工作

2 单相流体自然对流模拟

2．1 单相流体格子Boltzmann方法数学模型

2．2 单相封闭方腔流模型验证

2．3 离子液体自然对流格子Boltzmann方法模拟

2．3．1 离子液体自然对流物理模型

2．3．2 数值模拟结果与讨论

2．4 本章小结

3 纳米流体格子Boltzmann方法模拟

3．1 物理模型

3．2 两相格子Boltzmann方法数学模型

3．2．1 纳米流体受力特性

3．2．2 纳米流体的格子Boltzmann方法模型

3．3 离子液体型纳米流体自然对流传热数值模拟结果讨论

3．3．1 离子液体型纳米流体格子Boltzmann方法可行性验证

3．3．2 [EMIM][Tf2N]-Al2O3纳米流体单相模型数值模拟结果

3．3．3 [EMIM][Tf2N]-Al2O3纳米流体两相模型数值模拟结果

3．4 本章小结

4 Rayleigh对流对离子液体[EMIM][Tf2N]界面吸收CO2传质过程的影响

4．1 单个高浓度区域Rayleigh对流模拟

4．1．1界面传质格子Boltzmann方法数学模型

4．1．2 界面传质物理模型

4．1．3 计算结果分析

4．2 均布多个高浓度区域Rayleigh对流计算

4．2．1 物理模型

4．2．2 计算结果分析

4．3 非均匀分布的多个高浓度点的Rayleigh对流计算

4．3．1 物理模型

4．3．2 结果讨论与分析

4．4 边界条件影响无数个高浓度点的Rayleigh对流计算

4．4．1 格子Boltzmann方法验证

4．4．2 界面条件对传质的影响

4．5 离子液体[EMIM][Tf2N]-CO2体系界面扰动模型

4．5．1 浓度扰动模型以及Rayleigh对流发生的临界时间

4．5．2 离子液体[EMIM][Tf2N]-CO2物理模型

4．5．3 计算结果讨论与分析

4．6 模型参数对界面传质的影响

4．7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢