ДИСКРЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ПЕРЕНОСА ТЕПЛОТЫ

  • Anastasiya S. Chernyavskaya Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Sergey P. Bobkov Ивановский государственный химико-технологический университет
Ключевые слова: конвективный теплоперенос, дискретные модели, решеточный газ, LBM-модель

Аннотация

В работе приводятся результаты исследования процесса переноса тепла в движущейся сплошной среде. При этом была использована модель решеточного газа Больцмана (LBM-модель), основанная на принципах системы клеточных автоматов. Для исследования принята ортогональная пространственная решетка с диагональными связями, с помощью которой были введены функции распределения частиц по дискретному набору разрешенных скоростей движения. Указанные функции распределения описывались дискретным аналогом кинетического уравнения Больцмана. Данный подход позволил исследовать эволюцию функций распределения частиц сплошной среды по шагам дискретного времени. Использованная модель позволила описать оба механизма переноса тепловой энергии в движущейся среде – макроскопический и микроскопический. При этом макроскопический перенос за счет движения сплошной среды определялся изменением плотности распределения частиц, а микроскопический (молекулярный) перенос определялся релаксационным оператором теплообмена. Данный оператор математической модели характеризовал перераспределение теплоты в дискретной области из-за столкновения частиц, то есть учитывал теплопроводность среды. Поскольку в процессе теплообмена участвует не только движущаяся сплошная среда, но и ограничивающие поверхности (стенки, препятствия), в модель были включены элементы, учитывающие данный факт. Для проверки адекватности использованного подхода было разработано и использовано программное приложение, позволяющее моделировать и визуализировать процесс переноса тепла движущейся сплошной средой. Приложение также позволяло устанавливать различную форму ограничивающих поверхностей. Анализ результатов компьютерного эксперимента позволяет утверждать, что полученные данные не противоречат реальным представлениям о процессах теплопереноса в движущейся жидкости. Достоинством предлагаемого дискретного подхода можно считать возможность описывать гидродинамические и тепловые процессы в рамках единой модели, что делает ее достаточно удобной в использовании. Кроме того, данный метод дает возможность решения задач теплопереноса в объектах, имеющих сложную геометрическую конфигурацию границ раздела.

Для цитирования:

Чернявская А.С., Бобков С.П. Дискретное моделирование конвективного переноса теплоты.Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 2. С. 86-90

Литература

Chopard B, Dupuis A, Masselot A, Luthi P. Cellular automata and lattice Boltzmann techniques. Advances in Complex Systems. 2002. V. 5. N 2. P. 1-144.

Bandman O.L. Cellular automaton models of spatial dynamics. Sistemnaya informatika. 2006. N 10. P. 59-111 (in Russian).

Bobkov S.P. Modeling of the main transport processes using cellular automata. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2009. V. 52. N 3. P. 109-114 (in Russian).

Chernyavskaya A.S., Bobkov S.P. Application of discrete methods for the simulation of fluid flow Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 3. P. 92-95 (in Russian).

Fattahi E, Farhadi M, Sedighi K, Nemati H. Lattice Boltzmann simulation of natural convection heat transfer in nanofluids. Internat. J. Thermal Sci. 2012. 52. P. 137 – 144.

Опубликован
2018-01-29
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы