【摘 要】
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格子Boltzmann方法是自1988年来国际上迅速发展起来的复杂流动建模与模拟的介观方法。格子Boltzmann方法具有天然的并行性,非常适用于在大型并行计算机上计算,并为显示时间推
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格子Boltzmann方法是自1988年来国际上迅速发展起来的复杂流动建模与模拟的介观方法。格子Boltzmann方法具有天然的并行性,非常适用于在大型并行计算机上计算,并为显示时间推进方法,计算效率高,具有良好的仿真结果,现在已实现在血液流、等温流动、多孔介质流和热流动等实际领域中的应用。 在实际工程应用中,其几何结构远远要比经典自然对流问题来得复杂,方腔内含有一些不连贯的可导热体是很常见的。如室内建筑,材料干燥,食品烘焙等等。在内含导热体的方腔内自然对流中,流场和温度场受到Rayleigh数(Ra),Prandtl数(Pr),导热体的几何特征,以及固液导热比率的影响。已有研究表明固液导热比率k(k=ks/kf)会影响方腔内的传热性质,改变不同Ra数下的等温线的分布。目前尚未有关于固液导热比率k在何种情形下对传热无影响或影响微弱(固液导热比率k失效)的研究。 本文用格子Boltzmann方法数值研究固液导热比率在以下问题中的失效性:中央含一个导热体的方腔内自然对流问题和均匀地分布着几个不连贯导热体的方腔内自然对流问题。我们用方腔左壁面上的平均Nusselt数(Nu)作为衡量传热的指标。当105≤Ra≤106时,变动固液导热比率0.5≤k≤2.0(大部分含金属系统的特点),我们可以找到对应的导热体宽度D使得Nu变化很小。从而可以得到这样一个结论:在一定条件下固液导热比率对自然对流影响微弱。
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