不同电荷生成机制下介电流体热质输运过程的LBM模拟与分析

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kj30fjgh
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着人类社会的发展进步,能源匮乏问题日益凸显。增强工程应用中的传热与流动强度可以有效地减少能源的浪费,使用电场力来驱动流体流动的技术在这样的背景下应运而生。电热流体力学是考虑包括传热学、电磁学、流体力学等多个领域在内的交叉学科,由于其综合考虑了多个物理场的非线性耦合性,具有较为宽广的应用前景和较高的学术研究意义,因而受到了很多学者的关注。电流体力学中自由电荷生成机制有两种:分离/再结合机制和电荷注入机制。本文使用格子Boltzmann方法(LBM)对这两种生成机制的热质输运过程进行了研究。在电荷注入机制方面,首先进行了数值验证。然后,对两平行电极板模型进行了数值仿真。给出了中性稳定曲线,发现浓度浮力的存在使系统更容易激发对流。最后研究了几个无量纲参数的影响。结果表明热瑞利数和电瑞利数的增加都会提高传热传质的强度。与纯电对流相比,温度场和浓度场的存在增大了流体流动的不稳定性。Lewis数增大时,Nuav会降低但Shav会升高。浮力率增大,传热传质强度也逐渐增大。此外,在浮力率增加时观察到了一个分叉结构,并且随着电瑞利数的增加,引起对流的临界值Ncc会降低。关于分离/再结合机制下流体的电热对流研究方面。首先做了数值验证,将模拟结果与相应实验数据比对。然后,对方腔模型进行了数值模拟。结果表明,热瑞利数的增加会增大传热和流动的强度,并使解离层厚度逐渐变薄。电瑞利数增大也会增强传热强度,但解离层厚度会随着T增大而逐渐变厚。传导数增大使得解离层厚度逐渐变薄,同时,传导数的大小决定了流体属于欧姆状态还是饱和状态。本文使用格子Boltzmann方法研究了不同电荷输运机制下介电流体的热质输运问题,研究了电荷注入机制下的电场增强传质的作用,拓展了电对流的应用领域,同时使用格子Boltzmann方法研究了分离/再结合机制的电热对流问题,拓宽了LBM的应用范围。
其他文献
高功率密度特种内燃机,因其体积紧凑、动力性强等受到广泛关注。为了提升功率密度,高功率密度发动机采用双喷油器模式。然而,过多的燃油量在过高环境温度下,往往造成燃烧恶化现象。为此,本文研究了双喷油器在多角度碰撞、不同环境温度、不同喷油相位差下的喷雾、着火、燃烧及碳烟生成特性,为高功率密度发动机双喷油器模式的设计提供理论依据。首先,开展不同喷雾碰撞角度下喷雾、着火、燃烧和碳烟生成的可视化实验。结果表明,
学位
随着工业社会的发展,有机污染物引起的水污染问题引起了人们的关注,开发绿色、高效和节能的水体污染物去除技术迫在眉睫。本文制备了一类具有较高反应活性的三维石墨烯负载纳米双金属复合材料,通过活化溶解氧(DO)原位产生H2O2及活性氧物种(ROS)实现了对水中抗生素的高效去除。主要的工作内容如下:(1)分别采用两步法和液相还原自组装法合成了三维石墨烯负载纳米零价铁/锰氧化物复合材料(3D-rGO@nZVI
学位
柴油喷雾撞壁是复杂的强湍流燃烧与传热过程,对柴油机的热效率和排放影响深远。基于高温高压定容燃烧弹台架和OpenFOAM仿真计算平台,系统研究了不同壁面温度,尤其是高壁温(800K)下,喷雾撞壁着火和燃烧以及壁面传热规律。首先,建立了柴油喷雾撞壁燃烧与传热特性研究的可视化试验平台,创建了拉格朗日-共轭传热求解器,建立并标定了柴油喷雾撞壁燃烧数值仿真模型。其次,基于600nm广域低通化学发光法试验,研
学位
化石能源燃烧排放的CO2,已引发全球变暖等严峻问题。化学链干重整(Chemical Looping Dry Reforming,CLDR)作为一种新型CO2利用技术,利用氧载体(Oxygen Carriers,OC)实现了氧化还原过程分离的CO2裂解。此外,新型Ca2Fe2O5(CF)氧载体可以进一步简化化学链技术。然而,将CF应用于CLDR的研究不够全面,其优化制备方法和重整反应机理不够清晰。因
学位
随着无人艇的发展,现有续航能力已无法满足其执行远海任务的需求,舰载无人艇已成为未来的发展方向。目前,无人艇的回收存在回收效率低、人工强度大等问题。因此,开展舰载无人艇自主引导回收系统研制,对降低人工强度、提高回收效率具有重要意义。本文基于运动学和动力学特性,建立了无人艇运动数学模型。针对回收特点,将自主引导回收系统分为位姿定位、对中跟踪和航向控制三大部分,提出了一种基于RTK与视觉数据融合的分区回
学位
废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)和充量分层是实现可控低温燃烧的两种有效途径,这两种技术对低温燃烧过程的调控作用一直是该领域的研究热点,但仍有一些关键性的问题有待解决。首先,EGR中的不完全氧化产物(Incomplete Oxidation Products,IOP)具有不可忽视的化学效应。然而,IOP的成分一般比较复杂,很少有文献对这些成分的作用进行定量研究
学位
3D激光雷达和惯性测量单元在自动驾驶任务中可以优劣互补,是自动驾驶领域中主流的传感器数据融合方案。而基于多传感器融合的自动驾驶任务的实现,依赖于各个传感器之间的空间坐标转换,即传感器之间的旋转和平移,也称为外参变换,传感器的外参标定的准确性直接影响着多传感器融合的效果,因此高鲁棒高精度的外参标定十分重要。针对自动驾驶车辆做近似平面的运动时,退化的传感器数据和传感器噪声常常导致激光雷达与惯性测量单元
学位
在托卡马克聚变装置中,钨会受到低能高束流的氦等离子体冲刷,导致钨材料表面形成绒毛状纳米结构或针孔状表面损伤。目前普遍认为,氦致表面损伤的形成与钨表面下氦泡的演化行为密切相关。氦泡的生长与融合是钨中氦泡演化行为的重要环节。因此,研究钨中氦泡的生长和融合机理对于钨在聚变服役条件下的长时间性能预测具有重要意义。本文采用分子动力学(MD)模拟方法,研究了高压氦泡在钨中生长的动力学机理以及氦泡在钨中的融合条
学位
为了解碳烟表面的碱金属钠对柴油机微粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)运行及再生的潜在影响,本文采用模拟碳烟样品,综合运用多种化学改性途径及定量表征方法,系统研究了碱金属钠在碳烟表面的加载过程及其对碳烟的催化氧化影响,以期为实现碳烟高效氧化奠定理论基础。采用浓硝酸改性调控样品表面含氧官能团含量并进行碱溶液改性处理以加载碱金属钠,结果表明碱溶液改性后的碳烟样品表面存
学位
事故工况下,非能动余热排出热交换器可及时导出堆芯衰变余热,保证堆芯的长期有效冷却。为提升核电站长期非能动冷却的能力,本文应用计算流体力学软件ANSYS Fluent对单相自然对流工况下的热交换器进行数值模拟。主要研究内容如下:(1)针对实验中的热交换器进行数值计算,分析内置换料水箱中流场与温度场的变化规律,并与实验结果进行对比。(2)对热交换器进行优化设计,分别对换热管形状、换热管位置以及水箱中冷
学位