格子Boltzmann方法求解参与性介质中的辐射传热

论文摘要

近年来,格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann method, LBM)在流体流动和热传递问题中得到了大量应用。利用LBM来处理能量方程,特别是依靠被动标量法(Passive Scalar Approach)来求解,认为LBM是最容易操作的方法。然而,完全使用LBM来求解辐射传递方程仍然属于起步阶段。LBM因为其物理意义清晰、处理过程容易,并且非常适合并行计算,所以近些年来被学者和工程人员大量使用。本文利用LBM求解二维直角坐标系下的方形炉的辐射传热问题。为了消除天顶角对求解结果的影响,采用了比传统计算二维系统更多的离散速度数,从而达到提高计算精度的目的。通过计算一系列衰减系数对应的辐射热流和发射辐射力,并把结果与FVM计算结果进行比较,证明利用LBM求解二维辐射传热问题正确可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 格子Boltzmann方法的研究背景和意义
• 1.2.1 格子Boltzmann的研究背景
• 1.2.2 格子Boltzmann方法的特点
• 1.3 格子Boltzmann方法的发展和应用
• 1.3.1 格子Boltzmann方法的发展
• 1.3.2 格子Boltzmann方法的应用
• 1.4 本章小结及本文的工作
• 第二章 格子Boltzmann方法的基本原理和模型
• 2.1 格子气自动机
• 2.1.1 基本思想
• 2.1.2 HPP模型
• 2.1.3 FHP模型
• 2.1.4 LGA的宏观动力学
• 2.2 从格子气自动机到格子Boltzmann方程
• 2.2.1 基于LGA的格子Boltzmann方法
• 2.2.2 独立于LGA的LBE
• 2.3 多松弛模型
• 2.4 格子Boltzmann方法的边界条件
• 2.5 LBE的程序结构
• 2.6 本章小结
• 第三章 参与性介质内辐射传热的格子Boltzmann方法模拟
• 3.1 物理模型介绍
• 3.2 热辐射传递方程及其特性
• 3.2.1 辐射传递方程
• 3.2.2 辐射边界条件
• 3.3 格子Boltzmann方法求解二维辐射传递方程
• 3.4 本章小结
• 第四章 计算结果与分析
• 4.1 误差分析
• 4.2 验证LBM模拟辐射传热的正确性
• 4.3 格子参数对辐射求解的影响
• 4.3.1 节点个数的影响
• 4.3.2 离散速度数的影响
• 4.4 衰减系数的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历