用于共轭传热颗粒流的热体积格子 Boltzmann 方法
计算物理
2024-11-01 v1 流体动力学
摘要
本文发展了一种体积格子 Boltzmann (LB) 方法，用于共轭传热颗粒流的颗粒解析直接数值模拟。该方法被设计为一种单域方法，通过应用 LB 方程的体积解释并引入固相分数场来表示颗粒。体积 LB 格式用于在固体域中施加无滑移速度条件，并提出了一种专门的动量交换方案来计算作用于颗粒上的水动力和力矩。为了在整个域上以高数值保真度统一求解温度场，首先通过将对流项重新表述为源项，推导出一个能量守恒方程。然后设计一个相应的 LB 方程，以自动实现共轭传热条件并正确处理热物理性质的差异。还对该 LB 方程进行了理论分析，以推导出即使在固-液界面附近也能保持数值保真度的约束条件。首先进行了数值测试，以在各个方面验证本体积 LB 方法。然后，研究了具有共轭传热的冷颗粒在长通道中的沉降过程。研究发现，沉降过程可分为加速、减速和平衡阶段。作为对稠密颗粒流的进一步应用，模拟了具有共轭传热的 2048 个冷颗粒在方腔中的沉降过程。在此颗粒解析模拟中成功捕捉到了颗粒 Rayleigh-Bénard 对流。
引用
@article{arxiv.2410.23802,
title = {Volumetric lattice Boltzmann method for thermal particulate flows with conjugate heat transfer},
author = {Xiaojie Zhang and Donglei Wang and Qing Li and Rongzong Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.23802},
year = {2024}
}
备注
28 pages, 16 figures