含柱方腔自然对流的格子Boltzmann模拟.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：083204 含柱方腔自然对流的格子Boltzmann模拟 1 1 2 鲁建华 ，郭照立 ，施保昌 （华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，华中科技大学数学与统计学院，武汉 430074）1 2 (Tel:027 E-mail: plough0@) 摘要：本文利用格子 Boltzmann 方法研究了二维方腔中热方柱的柱宽对流动和传热的影响。研究结果 表明，在满足Bousineseq 假设的条件下，随着热方柱的柱宽以及Ra 数的变化，方腔内流体的流动和传 热都呈现复杂的变化。 关键词：自然对流、 格子Boltzmann 方法、 数值模拟 0 前言 方腔内自然对流作为传热中的重要现象一直是传质传热学的重要研究方向。方腔内 热柱周围自然对流作为一种重要的研究模型在理论和实践中都具有重要的意义。这方面 的研究已经有多年，现有的工作表明方腔边界条件以及柱体的不同的几何结构都对流动 [1~4] 和传热都有重要的影响 。但是，目前的研究多集中于对圆柱以及传热的研究，对方柱 以及参数变化导致流体结构以及传热方式发生变化的研究还很不充分。鉴于此，本文利 用格子Boltzmann 方法详细研究了二维热方柱的柱宽以及Ra 数变化对方腔流体结构以及 传热方式的影响，分析了不同流区不同的特征。 本文主要分为如下几部分：模型的描述及控制方程、数值方法及验证、数值结果与 讨论和结论。 本文考察的问题可以如图 1 所示。 流体被限制在一个二维方腔和一个方柱之间， 其中方腔为正方形，边长为H ，方柱为长方形，水平方向长度为L ，垂直方向长度为D ， 方柱与方腔二者的中心重合。方腔和方柱的壁面均为等温和无滑移壁面，其中方腔壁面 为低温壁面，温度为T T ，方柱壁面为高温壁面，温度为T T ，所有壁面的速度均 c h 为u = 0 。重力g 方向垂直向下。在本文的研究中，我们假设流体的物性参数均为常数， 且为不可压粘性流体，而且认为热辐射的效应可以忽略，并满足Bousineseq 假设。故无 量纲的控制方程可以表示为如下形式： 资助项目：国家自然科学基金 （Nos.； 国家重大基础专项研究基金 （No. 2006CB705800 ） 图1 计算区域以及边界条件示意图 u 0 Pr 2 u u u p  u PrT k （1） t Ra H 1 2 T u T  u t Ra