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近年来,随着超导技术的快速发展,流体在磁场作用下的自然对流现象成为了当今研究的新热点。基于格子Boltzmann方法(LBM)的数值模拟作为研究和探索实际工程问题中物理现象的一种强有力方法,其在磁场作用下自然对流的研究中起到非常重要的作用。然而目前还没有相关学者应用格子Boltzmann方法开展顺磁性流体的热磁对流数值模拟研究。同时,格子Boltzmann方法的数值模拟存在着计算速度慢、计算时间长的不足,因此必须发展一种热磁对流数值模拟的快速预测方法来提高计算效率。本文基于格子Boltzmann方法开展了顺磁性流体热磁对流的数值模拟研究,并发展了一种基于正交分解法(POD)的顺磁性流体热磁对流数值模拟的快速预测方法。本文主要研究内容及结论如下:(1)开发了基于格子Boltzmann法的非均匀磁场下封闭方腔内顺磁性流体热磁对流数值模拟的算法和程序代码,并通过数值模拟比较了不同磁场力数下有无重力时热磁对流的流场结构、等温线分布及对流换热性能。结果表明,无重力情况下,流场呈现出两个流动方向相反、完全对称的双细胞结构;在重力环境下,则先出现一个弱小的顺时针流动漩涡,当磁场足够大时再呈现出几乎对称的分层现象。此外,弱磁场下重力对热磁对流影响较为显著,而γRa达到1×105时,情况恰好相反。(2)利用格子Boltzmann方法对顺磁性流体的热磁对流进行了瞬态模拟研究,仔细对比了磁场力数变化时初始时刻、准稳态和稳态时刻的瞬态特征。结果表明,初始时刻磁浮升力的作用较有限,磁场强度足够大时,等温线出现了灯泡状的突起;随着时间的推移,等温线向冷壁面推进,漩涡开始发展并朝流场中心位置移动。无重力时流动的双细胞结构和等温线均关于水平中线对称;有重力环境下,这种对称性被打破。(3)开发了基于正交分解法(POD)的顺磁性流体热磁对流数值模拟的快速预测算法和程序代码,采用通过该方法获得的POD模态对流场与温度场进行了重构,重构值与模拟结果的误差均不超过1%,表明POD快速预测方法计算准确,同时,该方法计算速度提高了近120倍,具有较优秀的计算效率。