计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (5): 549-563.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8484
收稿日期:
2021-11-29
出版日期:
2022-09-25
发布日期:
2023-01-07
通讯作者:
郑林
作者简介:
刘嘉鑫(1998-), 男, 硕士研究生, 研究方向为多孔介质内传热传质问题, E-mail: Liujx0826@163.com
基金资助:
Jiaxin LIU(), Lin ZHENG*(), Beihao ZHANG
Received:
2021-11-29
Online:
2022-09-25
Published:
2023-01-07
Contact:
Lin ZHENG
摘要:
用格子Boltzmann方法对倾斜多孔介质方腔内流体双扩散自然对流的熵产进行数值模拟, 分析孔隙率(0.2≤ε≤0.9)、瑞利数(103≤Ra≤106)、浮力比(-4≤Br≤2)和倾斜角(0°≤γ≤80°)对局部熵产与总熵产的影响。结果表明: ①当ε和Ra增加时, 因流动与传热传质引起的局部熵产峰值升高, 流动熵产对总熵产的贡献逐步增大, 净流体摩擦项在流动熵产中占比升高; ②Br=-1是局部熵产分布发生变化的临界值, 此时熵产趋于零; ③随着倾斜角的增大, 局部流动熵产的高熵产区域沿着顺时针方向移动; 当γ=40°时, 净流体摩擦造成的熵产达到极大值而达西耗散造成的熵产峰值出现在γ=60°。
刘嘉鑫, 郑林, 张贝豪. 多孔介质方腔内双扩散自然对流熵产的格子Boltzmann模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 549-563.
Jiaxin LIU, Lin ZHENG, Beihao ZHANG. Entropy Generation in Double-diffusive Natural Convection in a Square Porous Enclosure: Lattice Boltzmann Method[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(5): 549-563.
图2 本文结果(左)与Ilis等[37]结果(右) (a) 温度场;(b) 流场;(c) ST;(d) SF;(e) Stot;(f) Be
Fig.2 Results of current work (left) and Ilis [37] (right) (a) Isotherms; (b) Streamlines; (c) ST; (d) SF; (e) Stot; (f) Be
图3 不同ε下,ST、SF、SD的分布(a) ε = 0.3;(b) ε = 0.5;(c) ε = 0.7;(d) ε = 0.9
Fig.3 ST, SF and SD at different ε (a) ε = 0.3; (b) ε = 0.5; (c) ε = 0.7; (d) ε = 0.9
图4 不同ε下,(a) ST、SF、SD、Stot与Pi的分布;(b) Stot随ε变化的拟合曲线;(c) SFL、SFD、SDC、SDT与Ri的变化
Fig.4 (a) ST, SF, SD, Stot and Pi at different ε; (b) A fitting curve of Stot ε; (c) SFL, SFD, SDC, SDT and Ri at different ε
图6 不同Ra下,(a) ST、SF、SD、Stot与Pi的分布;(b) Stot随Ra变化的拟合曲线;(c) SFL、SFD、SDC、SDT与Ri的变化
Fig.6 (a) ST, SF, SD, Stot and Pi at different Ra; (b) fitting curve of Stot; (c) SFL, SFD, SDC, SDT and Ri at different Ra
图7 不同Br下,ST、SF、SD的分布(a) Br = 2;(b) Br = 0;(c) Br = - 0.5;(d) Br = - 2
Fig.7 ST, SF and SD at different Br (a) Br = 2; (b) Br = 0; (c) Br = - 0.5; (d) Br = - 2
图8 (a) X=0.1处,不同Br下的竖直方向速度;(b) Y = 0.1处,不同Br下的温度与浓度分布
Fig.8 (a) Vertical velocity distribution at X = 0.1; (b) Temperature and concentration distribution at Y = 0.1 at different Br
图9 不同Br下,(a) ST、SF、SD、Stot与Pi的分布;(b) Stot随Br变化的拟合曲线;(c) SFL、SFD、SDC、SDT与Ri的变化
Fig.9 (a) ST, SF, SD, Stot and Pi at different Br; (b) A fitting curve of Stot; (c) SFL, SFD, SDC, SDT and Ri at different Br
图11 不同γ下的速度场(a) γ = 20°;(b) γ = 40°;(c) γ = 50°;(d) γ = 60°;(e) γ = 80°
Fig.11 Velocity Field for different γ (a) γ = 20°; (b) γ = 40°; (c) γ = 50°; (d) γ = 60°; (e) γ = 80°
图12 不同γ下,(a) ST、SF、SD、Stot与Pi的分布;(b) Stot随γ变化的拟合曲线;(c) SFL、SFD、SDC、SDT与Ri的变化
Fig.12 (a) ST, SF, SD, Stot and Pi at different γ; (b) A fitting curve of Stot and γ; (c) SFL, SFD, SDC, SDT and Ri at different γ
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