格子Boltzmann.doc

MACROBUTTONMTEditEquationSection2EquationChapter1Section1SEQMTEqn\r\h\*MERGEFORMATSEQMTSec\r1\h\*MERGEFORMATSEQMTChap\r1\h\*MERGEFORMAT格子Boltzmann方法模拟C/C复合材料
颗粒沉积过程
罗思璇
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ParticleDepositionProcessSimulationinC/CCompositesbyLattice-BoltzmannMethod
LuoSixuan
()

Abstract:LatticeBoltzmannmethodisusedheretostudytheparticledepositionprocessonC/Ccompositessurface.Thismethodconsideredtheboudaryconditionchangeduringparticledeposition.Finally,thedepositionpatternisobtained.
Keywords:LBMethod;flow-particlecoupling;C/Ccomposites;deposition

摘要：本文使用格子Boltzmann方法研究了固体火箭发动机中C/C复合材料表面上颗粒的沉积模态。该方法考虑了沉积过程中边界形貌的变化对流场的影响，最终得到了颗粒在碳纤维表面的沉积形态。
关键词：LB方法；流固耦合；C/C复合材料；沉积

0引言
C/C复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料，具有密度小，比强度大、热膨胀系数低、热导率高等特点，是理想的航空航天高温材料ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[HYPERLINK\l"_ENREF_1"\o"刘建军,2005#25"1,HYPERLINK\l"_ENREF_2"\o"张智,2012#24"2]。
C/C复合材料在工作过程中其表面流过的工质为高温燃气。高温燃气中通常带有燃烧产生的固体颗粒，如选用较高比冲的含铝推进剂时会产生一定量的凝聚相(Al2O3颗粒)。固体颗粒在C/C复合材料表面的沉积、冲刷及烧蚀会造成材料内型面的破坏，甚至影响气动性能。
本文使用格子Boltzmann方法模拟C/C复合材料中碳纤维上颗粒沉积过程及形态。

1模拟流场的格子Boltzmann模型
格子Boltzmann方法是近二十年来刚发展起来的，一种以“半晶格分离法”为处理方式的新型热量逐级传递数值方法,最初是在研究电磁场中的流动现象时被提出的，并且该方法可以确定流体域、固体域和温度场在边界处的连续性,十分适合针对复杂几何形状流固耦合传热问题的数值分析。与传统的经典CFD方法相比，格子波尔兹曼算法具有很多优点。因而近年来受到国内外学者的广泛关注,并迅速在气固两相流和传热等研究领域得到应用。
格子Boltzmann方法将流体抽象为微观的虚拟颗粒，通过这些颗粒在规则的网格点上进行碰撞和迁移来达到模拟流场的目的。分布函数fi(x,t)表示t时刻，x网格点上，速度为ci流体颗粒的概率密度，流场的宏观量通过对分布函数进行统计而得到。本文使用D3Q15模型模拟流场，流体宏观密度ρ和动量ρu计算如下：
， MACROBUTTONMTPlaceRef\*MERGEFORMATSEQMTEqn\h\*MERGEFORMAT(SEQMTEqn\c\*Arabic\*MERGEFORMAT1)
本文使用BGK碰撞算子ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Qian</Author><Year>1992</Year><RecNum>18</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>18</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="zvfzfzxeiw2aseeesawxep5fzw00dfd055pd">18</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Qian,Y.H.</author><author>D&apos;Humi猫res,D.</author><author>Lallemand,P.</author></authors></contributors><titles><titl