基于多弛豫时间—格子玻尔兹曼法的室内流场CFD模拟方法研究

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研究表明人的一生大概有80%的时间是在室内度过,因此室内空气品质的良好与否对人的健康至关重要。而室内气流组织不当所引起的空气品质恶劣问题大约占总数的45%,因此对于室内流场和气流组织的研究就显得尤为重要。随着现在计算机的计算能力的飞速发展,CFD得到了越来越广泛的应用,CFD已越来越广泛的应用于暖通空调工程中的气流组织设计和分析中。而传统的有限体积法作为最常使用的一种数值方法已经流行了很多年。最近二十年来格子玻尔兹曼法作为一种新的数值方法逐渐获得了人们的关注。其在包括孔介质流动、多相流动和磁流体动力学等方面已经获得了较广泛的应用。但是作者通过研究发现其在室内流场模拟领域内的应用是十分少的。而且这些研究普遍存在着一些问题包括使用的模型较落后、缺少三维情况的模拟、缺少非等温等复杂情况的模拟等等。针对于格子玻尔兹曼法在室内流场模拟领域内应用研究不足的情况作者开展了这方面的研究。作者对其发展历史、格子模型、多弛豫时间速度模型、多弛豫时间温度模型、边界条件和湍流模型等方法论进行了系统的介绍。随后作者使用格子玻尔兹曼法对室内流场模拟领域内几个经典的算例进行了模拟。结合每个具体算例作者对湍流模型的比较及选择、混合格子的使用及准确度、格子大小的选择、强热条件下的模拟、计算速度的比较、与传统CFD方法相比的优缺点等等一系列问题进行了探讨研究。作者同时进行了高温热源强自然对流的实验研究,并探索了格子玻尔兹曼法对强自然对流情况下的适用性。通过这一系列的算例模拟作者证实了其在室内流场模拟领域应用的有效性。作者同时也得到了很多应用上的技巧和有意义的结论。结论包括:三维模拟的结果要优于二维模拟;必须选择精度与计算速度都符合要求的格子尺寸;混合格子的使用可以有效降低网格数量并加快计算速度;其针对于强自然对流情况的模拟的方法不够完善;同为大涡模拟其计算速度大大快于有限体积法等等。作者希望本研究能鼓励更多的人进行此方面的研究并能够为他们提供一些便利。希望未来格子玻尔兹曼法能够在室内流场模拟领域获得广泛的应用。
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