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《上海交通大学》 2018年
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过冷疏水表面冷凝和结冰的格子Boltzmann模拟

李晓平  
【摘要】:冷凝和结冰是复杂的自然现象,同时又与工业生产和日常生活息息相关。强化冷凝及防冰一直以来都是国内外学者研究的热点。近些年,疏水表面在冷凝强化和防冰等领域展现出巨大的应用前景,但疏水表面上的冷凝和结冰仍有诸多问题等待解决。本文将采用数值模拟的方法,对不同过冷度下疏水表面的相变情况进行一系列的研究,内容包括在不同壁面温度下疏水表面冷凝形态变化及高过冷度下疏水表面汽-液-固三相变化。具体如下:1.采用格子Boltzmann方法模拟研究了水平朝下疏水表面在不同过冷度下的冷凝形态及传热性能。本文探讨了珠状凝结时单个液滴的动态行为,统计分析了液滴的脱离直径、脱离周期、成核时间及其影响因素。结合珠状凝结和膜状凝结时液滴或液膜附近的温度场分析了局部热流密度分布,并首次通过模拟手段得到了过冷疏水表面从自然对流区经珠状凝结区、过渡状凝结区直至膜状凝结区的完整冷凝曲线(热流密度与壁面过冷度的关系)。结果表明,在定壁温条件下,冷凝形态转变过程中,冷凝面的时均热流密度下滑;在定热流条件下,冷凝形态转变过程中,壁面温度出现阶跃性降低。最后,本文还通过数值模拟验证了高过冷度下膜状凝结时液滴脱离点的位置与Taylor不稳定性的关系。2.建立了模拟汽-液-固三相变化的格子Boltzmann模型。本文在Gong-Cheng汽液相变模型的基础上,结合基于焓研究固液相变的方法,建立了描述汽-液-固三相变化的格子Boltzmann模型。以伪势模型为基础,结合Gong和Cheng提出的与汽液相变相关的源项,完成了汽液相变的模拟。同时,在液态区间,计算区域内各点的焓值并以此作为固液相变的判据,采用沉浸移动边界格式追踪固液界面,实现固液相变的模拟计算。3.基于本文提出的汽-液-固三相变化格子Boltzmann模型,研究了三维空间内高过冷度点源冷却疏水表面上的汽-液-固三相变化。结果显示,在疏水竖直表面的冷却点源处会快速形成一个冷凝液滴,液滴贴近壁面部分凝固成冰。初始阶段,液滴和冰都快速生长,热流密度较高。随着液滴和冰的不断长大,冰表面的液膜在重力驱使下向下流动,下游区域冰的生长加快,而上游区域出现冰局部熔化。液滴向下蠕动变形,最终形成脱离液滴。液滴的动态行为直接关系着冰的生长及壁面的传热性能。此外,本文还讨论了壁面倾斜角、壁面温度以及润湿性对冷凝和结冰过程的影响。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TK124

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 兰忠;马学虎;周兴东;宋天一;;过渡状冷凝传热模型[J];化工学报;2006年11期
2 王世平,廖西江,邓颂九,谭盈科;锯齿形翅片管强化冷凝给热的实验研究及其准则方程[J];工程热物理学报;1984年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 朱辉;许光第;周帼彦;朱冬生;于腾祥;安东旭;;管壳式冷凝器温度分布计算[J];热力发电;2014年06期
2 赵亮;张延丰;陈韶范;;高通量管热交换器在芳烃装置中的应用及前景[J];石油化工设备;2010年06期
3 张兵;揭基华;;R22饱和蒸汽在C-S水平管外凝结换热的实验研究[J];制冷与空调;2006年03期
4 廖强,朱恂,辛明道;水平三维肋管管外凝结换热实验与分析——(Ⅰ实验研究)[J];工程热物理学报;2004年01期
5 金安;水平不锈钢螺旋槽管管外凝结换热特性研究[J];石油化工设备;1999年02期
6 朱冬生,庄礼贤;空调和冷冻设备换热器的技术进展[J];流体机械;1998年04期
7 王世平,林培森;双面强化传热管与低肋管冷凝传热性能的对比试验研究[J];制冷与空调;1994年01期
8 邓颂九;提高管壳式换热器传热性能的途径[J];化学工程;1992年02期
9 王世平,尹清华,谭盈科,邓颂九;用数值方法探讨异形翅片管强化冷凝传热的机理[J];化工学报;1989年01期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 吴沛宜;氟里昂12,113在水平肋管外冷凝放热的准则方程[J];西安交通大学学报;1979年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张戈;冯程远;龚文波;李英骏;;粗糙元对单裂隙渗流影响的格子Boltzmann方法模拟及分析[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2017年02期
2 余万;李春;朱玲;任杰;季云峰;施之皓;;采用格子Boltzmann方法研究不同环境温度对乒乓球运动轨迹影响[J];天津体育学院学报;2016年04期
3 吴子森;董平川;袁忠超;周阴国;曹耐;许佳良;;多孔介质流动及传热的格子Boltzmann方法研究[J];石油科学通报;2017年01期
4 张雪英;;格子Boltzmann方法在气泡模拟应用中的进展[J];太原学院学报(自然科学版);2017年01期
5 战洪仁;侯新春;曹颖;李雅侠;张先珍;;基于格子Boltzmann方法预测多孔介质的渗透率[J];沈阳化工大学学报;2017年01期
6 赵志刚;张永波;赵同彬;谭云亮;;基于格子Boltzmann的煤岩渗透率研究方法[J];煤矿安全;2016年04期
7 Burenmandula;Ying-chun ZHAO;AQILALTU;;Two-Particle Boltzmann H-theorem[J];Acta Mathematicae Applicatae Sinica;2015年03期
8 金开文;张国雄;胡平;卿山;王华;伍祥超;田振伟;;基于格子Boltzmann方法的泊肃叶流数值研究[J];工业炉;2015年04期
9 Shu Chang;Wang Y;Yang L M;Wu J;;Lattice Boltzmann Flux Solver:An Efficient Approach for Numerical Simulation of Fluid Flows[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics;2014年01期
10 王世博;唐桂华;叶培兴;陶文铨;;微多孔介质非牛顿流体格子Boltzmann模拟[J];工程热物理学报;2012年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵建林;姚军;杨永飞;王金伟;张磊;孙海;;基于格子Boltzmann方法研究吸附性对页岩气流动的影响[A];第九届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2016年
2 冉政;陈健;;关于格子Boltzmann方法的几个问题[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
3 房亮;李孝伟;房正;;基于控制理论和格子Boltzmann方法的气动优化设计[A];第八届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2014年
4 张传虎;徐小蓉;孙其诚;金峰;;自由表面颗粒流的Lattice Boltzmann三维模拟[A];2014颗粒材料计算力学会议论文集[C];2014年
5 沈志恒;陆慧林;;基于格子-Boltzmann方法运动颗粒群曳力系数的数值研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
6 刘加利;张继业;张卫华;;基于格子Boltzmann方法的运动物体绕流研究[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年
7 Yu CHEN;Shulong TENG;Hirotada OHASHI;;On the Lattice Boltzmann Modeling of Multi-Phase Flows[A];Genetic Algorithm and Its Application to Physics, Life Science and Engineering--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];1999年
8 Chunchun Li;Jun Li;;Collaborative Filtering Based on Dual Conditional Restricted Boltzmann Machines[A];第36届中国控制会议论文集(G)[C];2017年
9 冯士德;;多种粒子相耦合的格子Boltzmann模型[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
10 冯士德;;多组份流体的格子模型Boltzmann[A];第十四届全国水动力学研讨会文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭秀娅;多组分气体输运的广义迁移格子Boltzmann模型及其应用研究[D];华中科技大学;2019年
2 邵宝力;基于格子Boltzmann的多孔介质内多场耦合流动与传热模拟[D];东北石油大学;2019年
3 赵岩龙;煤层气运移格子Boltzmann模型及层间干扰模拟研究[D];中国石油大学(北京);2018年
4 蔡堉楠;基于格子Boltzmann方法水下流—固—声耦合问题的数值建模方法研究[D];大连理工大学;2019年
5 吴晓笛;基于浸入边界-格子Boltzmann通量法的椭圆柱涡激振动数值研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
6 张朝阳;多因素下池沸腾换热的格子Boltzmann数值研究[D];上海交通大学;2018年
7 罗康;电热对流格子-Boltzmann模拟及稳定性分析[D];哈尔滨工业大学;2017年
8 徐磊;格子Boltzmann方法及其并行算法研究[D];上海大学;2018年
9 乔龙;基于液滴热流体动力学的多相流体格子Boltzmann模型及应用研究[D];重庆大学;2018年
10 杨波;非等温颗粒液滴悬浮流的格子Boltzmann模拟[D];华中科技大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪响;固体材料表面带移动接触线两相流问题的格子Boltzmann数值模拟[D];华中科技大学;2019年
2 彭小梅;基于Boltzmann方程的纳米MOSFET高频噪声计算[D];西南科技大学;2019年
3 李雪梅;玻色—爱因斯坦凝聚动力学的格子Boltzmann方法及应用研究[D];华中科技大学;2019年
4 李晓平;过冷疏水表面冷凝和结冰的格子Boltzmann模拟[D];上海交通大学;2018年
5 王书成;基于格子Boltzmann方法的声波和粘滞声波的正演模拟研究[D];中国石油大学(北京);2018年
6 高云龙;几类非线性偏微分方程的格子Boltzmann模型研究[D];北方民族大学;2019年
7 罗诉舟;基于格子Boltzmann理论的多孔介质内酸岩非均相流动反应研究[D];西南石油大学;2018年
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9 汪祥;介电液体电热对流的介观格子-Boltzmann模拟[D];哈尔滨工业大学;2018年
10 王元凯;基于格子Boltzmann方法的流动与多孔介质换热研究[D];郑州大学;2018年
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