LATTICE BOLTZMANN SIMULATION OF FLUID FLOW IN POROUS MEDIA OF TEMPERATURE-AFFECTED GEOMETRY

摘要

The Lattice Boltzmann method (LBM) has been applied for flow and heat transfer computations. The simulations have been performed with the single-relaxation time model and an advanced formulation of boundary conditions for LBM. For non-isothermal cases, a second distribution function has been used. First, validation tests are reported for heated flow past a single obstacle as well as over a set of regularly and randomly arranged obstacles (grains) that make up a simplified model of a porous medium. The Nusselt number for heat transfer in flow past a single obstacle has been computed. Next, novel simulations of non-isothermal flow in a porous medium of temperature-affected geometry have been undertaken. For the purpose, the thermal dilatation of grains has been accounted for. Results are presented for the pressure head loss and time-varying temperature profiles in the medium. Qualitative computations accomplished to date constitute an encouraging first step to proceed further towards the impact of temperature-affected geometry in such flows, in particular for the coking process.%Metoda siatkowa Boltzmanna (LBM) została zastosowana do obliczeń przepływu i wymiany ciepła. Symulacje zostały przeprowadzone dla modelu z pojedynczym czasem relaksacji oraz zaawansowanego schematu warunków brzegowych metody LB. Dla przepływów nieizotermicznych, użyto dwóch funkcji rozkładu. Przedstawiono obliczenia testowe nieizotermicznego opływu pojedynczej przeszkody, jak również opły-wu regularnie oraz losowo rozmieszczonych przeszkód (ziaren), które tworzą uproszczony model ośrodka porowatego. Wyznaczono liczbę Nusselta dla przepływu ciepła w opływie pojedynczej przeszkody. Podjęto symulacje połączonych zjawisk (przepływ i wymiana ciepła) dla ośrodka porowatego o zmiennej geometrii przeszkód. W tym przypadku uwzględniono rozszerzalność termiczną ziaren. Zaprezentowano wyniki dla straty ciśnienia oraz zmienne w czasie profile temperatury dla przepływu przez ośrodek. Uzyskane dotąd jakościowe wyniki stanowią pierwszy krok do dalszych badań wpływu zależnej od temperatury geometrii ziaren ośrodka na przebieg takich przepływów, a w szczególności na proces koksowania.