基于LBM含多孔骨架儲能材料的固液相變傳熱研究.pdf

1、山東建筑大學碩士學位論文題目基于LBM含多孔骨架儲能材料的固液相變傳熱研究國家自然科學基金資助項目(No51406105)計：學位論文68頁表格5個插圖37幅評閱人：指導教師：學院院長：學位論文完成日期：蠡山東建筑大學碩士學位論文摘要多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變傳熱流動過程廣泛存在于自然界和工程領域中，例如土壤凍融、相變儲能、建筑節(jié)能、電子設備散熱、枝晶生長等。深入研究含多孔骨架儲能材料的固液相變傳熱規(guī)律，尤其是固液相變過程固液共存的區(qū)域一一糊狀

2、區(qū)內(nèi)的傳熱、流動特性，有助于揭示多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變機理，可為工程應用提供必要的理論依據(jù)，具有十分重要的科學意義和實用價值。本文基于孔隙尺度，采用遵循質(zhì)量守恒、能量守恒和動量守恒定律的連續(xù)性方程、動量方程和能量方程，建立了含多孔骨架儲能材料的固液相變傳熱與流動過程的數(shù)學模型。其中，孔隙內(nèi)固液相變過程中溫度場與含液率分布采用焓法耦合求解，糊狀區(qū)被簡化為REV尺度多孔介質(zhì)，即采用焓多孔介質(zhì)模型，通過BrinkmannForchheimerDa

3、rcy滲流模型，以含液率作為加權參數(shù)建立一區(qū)域方程描述含多孔骨架儲能材料的固液相變流動過程，而相變過程采用焓法處理。針對含多孔骨架的儲能材料固液相變數(shù)學模型，采用介觀數(shù)值計算方法一一格子Boltzmann方法(LBM)進行求解。通過選擇合適的平衡態(tài)分布函數(shù)及非線性源項形式，建立了基于孔隙尺度的流動與傳熱雙分布LBM模型，其中流場與溫度場均采用D2Q9格子模型離散。通過多種模型的經(jīng)典解對含多孔骨架的儲能材料固液相變LBM模型的有效性進行了

4、檢驗。首先采用LBM針對無多孔骨架的方腔內(nèi)固液相變過程進行分析，以獲得相變過程及糊狀區(qū)的基本規(guī)律，為含多孔骨架儲能材料的固液相變數(shù)值模擬及分析奠定基礎。在方腔內(nèi)固液相變的基礎上，為了深入探索多孔介質(zhì)內(nèi)固液相變的流動傳熱機理，基于孔隙尺度層面，采用LBM對含多孔骨架儲能材料的固液相變過程進行模擬研究。對無多孔骨架的方腔內(nèi)固液相變研究結(jié)果表明：1)受自然對流影響，糊狀區(qū)是彎曲的，并且其對腔體內(nèi)速度場有十分明顯的影響，當而數(shù)大于一定值時，固液

5、相變進入準穩(wěn)態(tài)，此時融化率不會到達1；2)相變半徑越小，糊狀區(qū)的寬度越小，左壁面平均Nu數(shù)越大，但相變半徑對融化率影響并不大；3)Ste數(shù)越小，相變速度越慢，左壁面平均Nu數(shù)達到穩(wěn)定的時間越長，但Ste數(shù)對準穩(wěn)態(tài)融化率影響不大；4)Ra數(shù)越大，融化速率越快，且準穩(wěn)態(tài)時的融化率越大，自然對流對左壁面平均Nu數(shù)影響越大，若Ra數(shù)增大到一定程度，左壁面平均Nu數(shù)會出現(xiàn)先迅速降低、后略微增大最后減小并穩(wěn)定的波動變化過程；5)左壁面平均Nu數(shù)隨著