基于采用格子boltzmann方法的界面对流现象模拟

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1、天津大学硕士学位论文采用格子Boltzmann方法的界面对流现象模拟姓名：梁博申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：袁希钢20070601中文摘要界面传递对相际传质有重要影响。界面浓度梯度导致的密度梯度、表面张力梯度会引起界面失稳，进而产生界面对流。界面对流的发生会影响界面传质，因此吸引人们对界面失稳的原因和机理进行研究。现有的实验方法可以观察到界面对流现象的发生但很难进行定量研究，本文引入格子Boltzmann方法(LatticeBoltzmannMethod，LBM)对界面对流现象进行定量模拟。格子Boltzmann

2、方法从格子气方法(LatticeGasAutomata，LGA)发展而来，该方法建立在分子运动论和统计力学理论的基础上，对连续的流场进行空间，时间和速度离散，利用离散粒子简单碰撞的统计规律模拟流体流动。与传统的计算流体力学方法相比，格子Boltzmann方法在模拟介观尺度流场方面有明显优势，并且具有适合并行计算等优点。本文详细介绍了格子Boltzmann方法的原理，并通过模拟验证了该方法在边界处理，受力处理等方面的可靠性。利用该方法，本文模拟了小尺度下界面对流现象，得到了与观察结果一致的浓度分布图。此外，本文还模拟了不同Ra

3、数下的界面对流情况，通过比较，得到了发生界面失稳的临界Ra数，该数值在实验测得的临界Ra数的范围之内。研究表明，格子Boltzmann方法作为一种较新的计算流体力学方法能较好的模拟界面对流现象，为界面传递现象的定量研究提供了新的方法。关键词：格子Boltzmann，LBGK模型，Rayleigh现象，界面对流现象模拟ABSTRACTInterracialtransportphenomenaplayallimportantroleinmasstransferprocess．Thedensitygradientandsurfac

4、etensiongradientcausedbytheexistenceofconcentrationgradientattheinterface，mayleadtothelossofstablenessoftheinterfaceandthentheinterfacialconvections(alsoknownaSinterracialturbulence)．Thiskindofinterfaceconvectionscouldenhancethemasstransferandhavedrawnmuchattention

5、ofresearch．nemostup—to·dateexperimentalstudiescarlgivesomedetailedobservationsonthisphenomenon，butitisdifficulttoreachsomequantitativeresults．Inthiswork,theLatticeBoltzmarmMethod(LBM)isintroducedandimplementedtosimulationquantitativelytheinterfacialconvectionphenom

6、ena．TheLatticeBoltzrnannMethodisdevelopedfromtheLatticeGasAutomata(LGA)．ItisbasedOilthemoleculedynamicstheoryandstatisticalmechanics．Thismethoddiscretethespace，timeandvelocity,anditcallbeusedtOsimulatethemesoscopicphenomenonoffluidflowwiththesimpleparticlescollisio

7、nprinciples．ComparingtothetraditionalCFDmethods，LBMhasadvantagesinsimulatingfluidflowinmesoscopicscaleandparallelcalculation．Inthisdissertation，thetheoryoftheLatticeBoltzmannMethodisintroduced．Someexercisesareprovidedtoprovethatthismethodisreliable谢廿litsmaturemodel

8、．Theninterfacialconvectionprocessesaresimulatedwiththismethod，andtheresultsofconcentrationdistributionsarewellagreedwiththeexperimentalobservatio