基于格子玻尔兹曼多相流通量求解和分形理论的微尺度瑞利-泰勒不稳定性

采用MLBFS(multiphase lattice Boltzmann flux solver)方法对两种不相混溶、不可压缩流体的微尺度下瑞利-泰勒(R-T)不稳定性进行数值模拟。通过分析R-T不稳定性初期线性阶段的漩涡发展来比较不同粘度的影响。当该过程进入非线性阶段,界面会呈现一定的分形特性;在高雷诺数情况下尤其明显。结合分形理论,运用盒维数法对界面图像进行处理,得到不同情况下界面分形维数的发展情况。研究表明当雷诺数较小时,界面分形维数呈现近似线性的增长;随着雷诺数增大,界面扰动不断加剧界面分形维数增长呈现明显的非线性状态,当雷诺数足够大时,界面的分形维数增长呈现相似性并且趋于饱和。同时,也对比了重力作用恒定时表面张力对R-T不稳定性的影响。当Bo数稍大时,表面张力的变化对界面的发展几乎没有影响;但是当Bo数极小时,表面张力对界面不稳定抑制作用明显,界面分形维数也明显小于Bo稍大的情形。

基于变物性的格子-玻尔兹曼通量求解器

本文提出一种考虑流体热物性变化的格子-玻尔兹曼通量求解器。该求解器能够捕捉流体物性参数的变化对流动和传热的影响,在保留了传统格子-玻尔兹曼方法固有优势的同时,克服了在网格划分、边界条件处理等方面的缺陷。本文采用该求解器模拟了同心环型腔内由温差驱动的自然对流,讨论了不同温差条件下的流动和传热特性,分析了物性变化的影响。结果表明:常物性解低估了换热设备的传热性能,而且Ra数越大,偏差越显著。

基于相场-格子Boltzmann通量求解器的固-液相变模拟

本文提出一种新型的相场-格子Boltzmann通量求解器(PF-LBFS)用于单一介质内固-液相变过程的数值模拟.该方法包含流场求解和流固界面追踪两个核心模块.流场求解模块运用格子Boltzmann通量求解器(LBFS),在有限体积法框架下求解Navier-Stokes方程,在网格界面上通过局部求解格子Boltzmann方程重构数值通量. LBFS对无黏和黏性通量进行同步重构,并保持了界面重构方程与宏观控制方程的一致性.相场模型则被用于流固界面的演化中,实现了固相与液相间的光滑过渡,并通过守恒关系与能量方程耦合.通过三个典型算例,验证了PFLBFS在固-液相变数值模拟中的收敛性、精度、物理鲁棒性和在非均匀网格上的适用性.