用格子Boltzmann方法模拟研究多孔介质中的传质传热问题
物质的相变，多孔介质中的相变材料在工业生产和日常生活中很常见，尤其是固液相变贯穿在工业革命中起到举足轻重的作用，且在许多工程问题上的应用广泛，如金属铸件的凝固、晶体生长、土壤冻融等。而近年来发现的可燃冰，由于其储量十分丰富，作为一种新型能源，急需我们在开采技术方面不断突破。目前其主要通过注热水法将其转化为天然气和水进行开采利用。
外国在太阳能建筑光热利用方面，开发了一种称之为太阳墙的采暖、通风系统。该系统将涂有选择性涂层的多孔金属板设置在建筑屋顶或南墙上，用空气作为传热媒介，能最大化地将太阳能转换成热能。空气被加热后，在风机和浮升力的作用下进入房间，使冬季的室内确保有一个合适的温度，并起到有效的通风效果。由于相变问题的非线性特点和太阳墙传热特点，需要一种既高效又可靠的数值方法来解决它。
作为一种相对较新的数值计算方法，格子Boltzmann方法经过了几十年的发展，成为了一个为复杂的物理现象建模和模拟仿真流体运动中的新方法。与传统的计算流体动力学方法有所不同，不是基于宏观连续性方程的格子Boltzmann方法，从细观动力学方程和流体微观模型出发，构造相应的符合物理规则的演化机制进行计算。与从Navier-Stokes方程出发的传统流体力学计算方法比，具有编码方法简单的格子Boltzmann方法，其优点在于易于实现的边界条件和具有完全并行性等其他许多独特的优点。拥有的这些优点使格子Boltzmann方法能够很好的用来研究多孔介质中的传质传热问题。本文就是运用了格子Boltzmann方法对多孔介质中物质的传质传热过程进行数值模拟，对模拟结果进行讨论和研究。
本文详细介绍了多孔介质中传质传热的研究意义和现状以及相变和太阳墙中的一些基本概念、宏观方程和格子Boltzmann方程，并进行了详细的分析。通过本文研究，我们发现在相交过程中的传质传热问题与某些因素有关，而在太阳墙的研究过程中出现了一些现象并得到了合理的解释。
多孔介质;相变材料;传质传热;太阳墙采暖;格子Boltzmann法模拟
浙江师范大学
硕士
凝聚态物理
许友生
2012
中文
O491.4;TK124
64
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）