多孔介质内三相流体流动与相变传热微观机理的格子Boltzmann方法研究

基本信息
批准号:11602075
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:梁宏
学科分类:
依托单位:杭州电子科技大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张郑芳,邵宇铭,沈敏,张晗
关键词:
三相流格子Boltzmann方法相变传热界面张力多孔介质
结项摘要

The three-phase fluid flow and phase-change heat transfer in porous media are widely encountered in energy, environment, chemical engineering, and so on. Due to the complexity of pore structures, the interaction among different fluid components, and the interaction between fluid and solid wall, the coupling between flow and phase-change heat transfer, the three-phase fluid flow and phase-change heat transfer in porous media are very complicated. The traditional methods are not suitable for studying this problem own to their limits. The lattice Boltzmann (LB) method based on mesoscopic kinetic theory is a promising approach for the study of such a complicated problem, but there are still some basic problems needed to be solved. In this project, we will develop the LB three-phase model that includes micro-scale effect and couples heat and mass transfer; construct microscopic boundary condition that can accurately describe the interaction between fluid and solid wall; analyze the effects of pore structure, wetting, capillary number, temperature on fluid interface dynamics and heat transfer performance, and further explore the microscopic mechanism and law of the three-phase fluid flow and phase-change heat transfer in porous media. This project not only provides a new and effective approach to study the problem of heat and mass transfer of the three-phase fluid in porous media, but also is of certain directive significance to the low permeability oil reservoir exploitation, greenhouse gas storage and droplet based micro-device optimizing.

多孔介质内三相流体流动与相变传热问题广泛存在于能源、环境、化工等诸多领域。由于涉及复杂的孔隙结构、不同流体组分以及流固间的相互作用、流动与相变传热的耦合,多孔介质中三相流体流动与相变传热机理极为复杂,传统的数值方法在研究这类问题时受到很大的限制。而基于介观动理学理论的格子Boltzmann(LB)方法是研究这类问题的有效方法,但目前仍然有一些关键基础问题急需解决。本项目拟针对此类复杂问题,发展考虑微尺度效应并耦合热质传输的三相流LB模型;建立准确刻画流体与固壁相互作用的微观边界条件;分析孔隙结构、润湿性、毛细数、温度对流体界面动力学行为和传热性能的影响,进而探究多孔介质中三相流体流动与相变传热的微观机理与规律。本项目不但为研究多孔介质中三相流体传热传质问题提供新的有效手段,而且对涉及这一基本问题的低渗透油藏的开发、温室气体的地下埋存及基于液滴技术的微流控芯片的优化均具有一定的指导意义。

项目摘要

多孔介质内三相流体流动与相变传热是一个涉及到多相多组分界面动力学又涉及热质输运的复杂系统,其广泛存在于能源、环境、化工等诸多领域。本项目提出采用基于气体动理学理论的格子Boltzmann(LB)方法,并结合GPU并行的高性能计算手段,对多孔介质内三相流体流动与相变传热的微观机理进行研究。本项目基本按照计划执行,并取得了一些研究成果,包括:(1)从描述多组分的Cahn-Hilliard方程出发,建立了追踪三相流体相界面的LB模型,并耦合不可压流体输运的LB模型,提出了刻画三相流体流动的相场LB方法;(2)发展刻画三相流体与固体壁面微观相互作用的润湿性边界条件,本项目从自由能泛函理论出发,给出了边界处序参数满足的微分方程,并进一步根据组分减少一致性原则建立了三相流体与固体相互作用的润湿性边界条件,且给出了边界处理的LB格式;(3)利用所提出的LB模型和润湿性边界条件对孔隙介质内多相流体输运问题开展了研究,包括单孔内多相流体相界面不稳定性问题、三相流体的亚稳态相分离现象、复杂孔隙内液滴动力学行为;(4)本项目基于稀疏矩阵算法,并结合CUDA编程技术设计了基于GPU的多相流LB方法的高效并行算法,为大规模开展多孔介质内三相流体流动与传热的LB模拟提供了可能。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

针灸治疗胃食管反流病的研究进展

针灸治疗胃食管反流病的研究进展

DOI:
发表时间:2022
3

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

DOI:
发表时间:2020
4

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

DOI:10.3969/j.issn.1002-0268.2020.03.007
发表时间:2020
5

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018

梁宏的其他基金

批准号:21431001
批准年份:2014
资助金额:360.00
项目类别:重点项目
批准号:20941402
批准年份:2009
资助金额:5.00
项目类别:专项基金项目
批准号:29761002
批准年份:1997
资助金额:11.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21171043
批准年份:2011
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:30460153
批准年份:2004
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:20261001
批准年份:2002
资助金额:22.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:40905038
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:68978012
批准年份:1989
资助金额:5.00
项目类别:面上项目
批准号:B0724011
批准年份:2007
资助金额:5.00
项目类别:专项基金项目
批准号:20671023
批准年份:2006
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:29961001
批准年份:1999
资助金额:12.50
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

基于格子Boltzmann方法的致密多孔介质内的相变传热与流动机理研究

批准号:51406120
批准年份:2014
负责人:娄钦
学科分类:E0603
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

基于格子Boltzmann方法的致密多孔介质内多相流体微观传输机理研究

批准号:51006040
批准年份:2010
负责人:柴振华
学科分类:E0603
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于格子Boltzmann方法的多孔介质沸腾传热机理研究

批准号:51206043
批准年份:2012
负责人:孙亚松
学科分类:E0603
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

多孔介质中分数阶流动的格子Boltzmann方法研究

批准号:11602033
批准年份:2016
负责人:张建影
学科分类:A0910
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目