格子Boltzmann方法对多孔介质复合通道内流动的研究.pdfVIP

节 能 2014年第5期 E}NERGY C0NSERVAT10N (总第380期) 格子Boltzmann方法对多孔介质复合 通道内流动的研究 张国庆 ，陈宝明 ，刘智 ，刘芳 (1．山东建筑大学热能工程学院，山东 济南250101； 2．可再生能源建筑利用技术省部共建教育部重点实验室，山东 济南 250101； 3．山东省可再生能源高效利用重点实验室，山东 济南 250101) 摘要：针对海绵、青砖和石膏3种典型的多孔介质，利用_v-_,lkX—CT断层图像扫描技术进行处理，获得 真实多孔介质几何特征的二维构造多孔介质。采用不可压缩单松弛格子Boltzmann方法进行数值模 拟，通过改变通道内多孔介质模型和只P分析了多孔介质复合通道内流体的流动特性，从介观角度研 究了多孔介质孔隙结构、孔隙率对复合通道内流场的渗流扰动的影响，为以后研究多孔介质复合腔体 内热质交换提供一定参考。 关键词 ：格子Bol~mann；X—CT；多孔介质；介观 中图分类号：TB126 文献标识码：A 文章编号：1004—7948(2014)05—0010—04 doi：1039694．issn．1004—7948．2014．05．oo3 mannD2Q9模型如下 ： 引言 … Vf(x,t,v)一 ，r， 格子Boltzmann方法(简称 LBM)是近几十年 发展起来的一种新的计算流体力学方法。与传统 1，)一-厂叼(，t，1，)] (1) 模拟方法不同，LBM基于分子动理论，具有清晰的 式(1)可以离散为： 物理背景。该方法在宏观上是离散方法，微观上是 (，efAt，t+△r)一 (，t)=一— [(X，t)一 连续方法，因而被称为介观模拟方法。在许多传统 模拟方法难以胜任的领域，如微尺度流动与换热、 厂 (X，t)] (2) 多孔介质、生物流体、磁流体、晶体生长等，LBM方 式中：，(X，f，v)一粒子分布函数，表示t时刻出 法都可以进行有效的模拟…。 现在位置 (，+ )处的速度为(1，，+dy)的粒子 流体在不同的介质 内的流动机理与在单一介 的粒子密度；厂 (，t，v)一平衡分布函数；叼一弛豫 质内明显不同，目前具有工程应用背景的多孔介质 时间。 复合通道 内流动的研究成为工程热物理学科中的 其中，7-=7／At是松弛因子，e是离散速度，在 活跃领域之一。本文运用单松弛LBM模型，模拟 D2Q9模型中具体定义如下： 了多孔介质复合通道内流体流动，特别讨论了不同 (0，0)C i=0 雷诺数、孔隙率对含多孔介质小通道 内流体流动的 影响。 [cos ，sin 】c l，2’3’4 1数学模型 [cos堕 sin堕 】cf=5’6，7，8 本文采用 BGK碰撞模型近似的格子 Bold一 (3