倾斜多孔介质方腔内纳米流体自然对流的格子Boltzmann方法模拟

利用格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)对倾斜多孔介质方腔内Al2O3-H2O纳米流体的自然对流进行数值模拟,考虑了孔隙率(0.3≤ε≤0.9)、瑞利数(103≤Ra≤106)、纳米颗粒体积分数(0≤φ≤0.04)和倾斜角(0°≤γ≤120°)等因素的影响,研究了正弦温度分布边界条件下倾斜多孔介质方腔内纳米流体的自然对流传热机理.结果表明:若ε和γ保持不变时,随着Ra数的增大,热壁面处的平均努塞尔数(Nuave数)呈现出先减小后增大的趋势;对于给定的Ra数,当g=0°时,随着孔隙率的增大,热壁面处Nuave数逐渐增大,当γ=40°,80°和120°时,Nuave数在ε=0.7左右时达到最大值;若和Ra数保持不变,当γ=40°时,方腔内的自然对流换热效率最强,当γ=80°时热壁面自然对流换热效率被削弱.最后,研究了纳米颗粒体积份数的影响,当方腔施加一定倾角时,热壁面处的Nuave数随着纳米颗粒体积分数的增大而增大.

多孔介质方腔内双扩散自然对流熵产的格子Boltzmann模拟

用格子Boltzmann方法对倾斜多孔介质方腔内流体双扩散自然对流的熵产进行数值模拟,分析孔隙率(0.2≤ε≤0.9)、瑞利数(10^(3)≤Ra≤10^(6))、浮力比(-4≤Br≤2)和倾斜角(0°≤γ≤80°)对局部熵产与总熵产的影响。结果表明:(1)当ε和Ra增加时,因流动与传热传质引起的局部熵产峰值升高,流动熵产对总熵产的贡献逐步增大,净流体摩擦项在流动熵产中占比升高;(2)Br=-1是局部熵产分布发生变化的临界值,此时熵产趋于零;(3)随着倾斜角的增大,局部流动熵产的高熵产区域沿着顺时针方向移动;当γ=40°时,净流体摩擦造成的熵产达到极大值而达西耗散造成的熵产峰值出现在γ=60°。