土壤中滲流及其傳熱特性的LBM模擬.pdf

1、碩士學位論文土壤土壤中滲流滲流及其及其傳熱傳熱特性的特性的LBMLBM模擬模擬ThesoilseepageheattransferacteristicsofLBMsimulations作者姓名：張達學科、專業(yè)：熱能工程學號：21410008指導教師：李素芬完成日期：2017年5月大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文I摘要地源熱泵（GSHP）作為一種可有效解決我國的環(huán)境污染和能源危機

2、問題的環(huán)保、清潔、有利于可持續(xù)發(fā)展的新型技術，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的發(fā)展前景。而在GSHP提取地熱能過程中，地下水滲流對其地埋管換熱器的換熱過程有著至關重要的作用，且其實際換熱過程是一種復雜的熱滲耦合傳熱過程，為了彌補以往此領域中微觀層次研究較少的狀況，本文從孔隙尺度出發(fā)，采用格子Boltzmann方法（LBM）研究并分析了微觀下飽和土壤和非飽和土壤中的滲流及傳熱規(guī)律。在本文中，我們首先借助電鏡掃描實驗手段和隨機四參數生成法（QSG

3、S）重構了二維和三維情況下貼合實際土壤多孔介質外貌的土壤多孔介質數學結構模型；進而針對飽和土壤和非飽和土壤分別采用不可壓LB模型D3G19和可模擬大密度比情況下的ZSC模型進行了多孔介質內的滲流模擬，在傳熱方面，通過改進的LB傳熱模型對滲流傳熱的微觀現象進行了數值模擬并解決了傳統LB模擬中不同熱容時不同相態(tài)間熱流、密度的不連續(xù)現象。最后通過改變多孔介質的孔隙率、滲流壓差、氣液飽和度、驅動力、流體的潤濕性、滲流與傳熱方向的一致性等影響因素

4、，來比較其對多孔介質中滲流及傳熱的影響，分析并討論了相關的滲流傳熱機理，得出的結論有：（1）運用隨機四參數生成法重構的不規(guī)則土壤多孔介質幾何模型與真實土壤形態(tài)較為接近，三維多孔介質可有效優(yōu)化二維多孔介質中存在的“流動死區(qū)”現象。（2）飽和土壤中在有滲流條件下土壤的有效導熱系數主要取決于其孔隙率；滲流壓差增大對土壤的溫度自我恢復有很好的促進作用，孔隙率越大的土壤中此作用越明顯。（3）非飽和土壤中流體所受驅動力小于多孔介質處的毛細力時，滲流