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介观传热的耗散粒子动力学基础研究

作　者: 肖自锋
导　师: 易红亮
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程热物理
关键词: 耗散粒子动力学 导热 无滑移边界条件 强制层流对流换热
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 18次
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内容摘要


对自然界的描述层次除了分子层次和宏观层次之外，还有介观层次。之所以选取介观层次来进行描述，是因为自然界中很多现象与介观结构、行为相关，如聚合物流变、嵌段共聚物介观相分离、悬浮液等等。耗散粒子动力学模拟(Dissipative Particle Dynamics，DPD)即是基于这个层次。此外，DPD是基于粒子的一类方法，所以在模拟复杂流体领域有着先天的优势。标准DPD只能用于等温模拟，称为DPD-e模型。1997年经Espa ol和Avalos、Mackie改进之后才用于传热现象的模拟(Dissipative Particle Dynamics With Energy Conservation，DPD+e)，当粒子不运动时，模型退化为HC-DPD（Heat Conduction In Dissipative ParticleDynamics）。本文基于以上模型，对一维、二维导热现象以及强制层流对流换热现象进行了模拟研究。本文主要工作内容：（1）使用HC-DPD研究了一维瞬态导热现象，验证了介观热扩散系数与宏观热扩散系数之间的理论关系式。使用该模型模拟了三种边界条件下二维导热现象，得到了与FLUENT软件一致的温度分布。（2）使用DPD+e研究了一维瞬态导热现象，在介观热扩散系数不变的情况下，得到了与HC-DPD一致的宏观热扩散系数。（3）使用DPD-e模拟了泊肃叶流动，成功地实施了无滑移边界条件，得到了与理论解一致的速度分布。（4）使用DPD+e模拟了强制层流对流换热，得到了其无量纲温度分布，并依此计算得到了与理论值一致的努歇尔数。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 选题背景及研究的目的和意义  8-10
  1.2 国内外研究现状及分析  10-13
    1.2.1 DPD 的发展史  10-12
    1.2.2 DPD 在传热中的发展和应用  12-13
    1.2.3 国内对 DPD 的研究  13
  1.3 本文主要研究内容  13-14
第2章 耗散粒子动力学理论  14-29
  2.1 粗粒化  14
  2.2 DPD 理论基础及优点  14-15
  2.3 DPD+e 控制方程  15-17
  2.4 势函数  17-18
  2.5 简化单位  18-19
  2.6 DPD 流体与真实流体之间的映射关系  19-20
  2.7 积分算法  20-21
  2.8 温度的统计方法  21-22
  2.9 初始条件  22
  2.10 边界条件  22-25
    2.10.1 周期性边界条件  22-24
    2.10.2 固液边界条件  24-25
  2.11 提高计算效率的方法  25-27
    2.11.1 临域列表法  25-26
    2.11.2 元胞列表法  26
    2.11.3 Verlet 和元胞联合列表法  26-27
  2.12 程序流程图  27
  2.13 本章小结  27-29
第3章 导热的耗散粒子动力学模拟  29-37
  3.1 引言  29
  3.2 HC-DPD 模型  29-33
    3.2.1 模拟方法  29-31
    3.2.2 一维瞬态导热模拟  31-33
    3.2.3 二维导热模拟  33
  3.3 DPD+e 模型模拟导热  33-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 强制层流对流换热的耗散粒子动力学模拟  37-50
  4.1 引言  37
  4.2 剪切流模拟及粘性获取  37-41
    4.2.1 Lees-Edwards 边界条件  37-39
    4.2.2 模拟方案  39
    4.2.3 模拟结果及分析  39-41
  4.3 等温泊肃叶流动的模拟  41-44
    4.3.1 泊肃叶流动模拟技术  41-42
    4.3.2 固液边界条件对流动的影响  42-44
  4.4 层流强制对流换热充分发展段的模拟  44-49
    4.4.1 层流强制对流换热充分发展段分析解  44-46
    4.4.2 层流对流充分发展段模拟技术  46
    4.4.3 模拟结果  46-49
  4.5 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-56
致谢  56-57
个人简介  57

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 热力工程理论 > 传热学
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