能源與環境工程中的多尺度、跨尺度問題研究

《能源與環境工程中的多尺度、跨尺度問題研究》是依託西安交通大學，由陶文銓擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：能源與環境工程中的多尺度、跨尺度問題研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：陶文銓
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

本項目對流動、傳熱與傳質過程中的空間多尺度現象，以能源與環境領域中的幾個典型多尺度工程問題為具體研究對象，發展高效的多尺度數值求解方式，深入研究不同尺度上尤其是介觀和微觀層次上的流動、傳熱與傳質現象，揭示不同尺度上流動、傳熱與傳質過程之間的耦合機制。在數值模擬方面：構建MD、DSMC與其它數值方法耦合的重構運算元，發展分區計算、界面耦合多尺度數值求解方法；完善分層計算、逐級傳遞多尺度求解方法；發展湍流流動中壁面粘性影響區和外層之間高效，準確的信息交換方法。在實驗方面：基於質子交換膜燃料電池、太陽能空氣吸熱器及城市小區空氣品質及污染物散發實驗，發展相應的多尺度問題的實驗方法，獲得一批可靠的實驗數據，為考核與完善所建立的多尺度數值方法提供實驗依據。通過本項目的執行不僅可以大力提高我國在能源與環境工程領域中多尺度問題數值模擬研究的國際地位，而且對相關的工程問題也有一定的指導與參考意義。

結題摘要

本項目以能源與環境學科中幾個典型的多尺度流動、傳熱與傳質工程問題為結合點，以本團隊上一個重點基金研究結果為基礎，著重開展多尺度數值模擬中一些關鍵數值問題的研究，並輔以必要的實驗測定，發展有效的適用於流動、傳熱與傳質問題的多尺度數值研究方法，構建高效穩定的多尺度計算體系。進一步揭示不同尺度上流動、傳熱與傳質過程之間的耦合機制。在數值研究方面：構建了聯繫LBM及FVM的統一標量重構運算元，並將其擴展套用到可壓縮流動模擬中；採用LBM方法成功模擬核態沸騰模，克服了現有文獻中能量方程處理中的一些欠妥之處；通過數值風洞確認了外掠樓宇與街區的流動存在與雷諾數密切相關及微弱相關的兩個區域；並且提出了相對變化率5%作為確定與雷諾無關流動臨界雷諾數的依據；實驗研究方面：基於質子交換膜燃料電池、太陽能空氣吸熱器及大型濕熱風洞的實驗，發展相應的多尺度問題的實驗方法，深入研究了其中所發生的多尺度現象的基本規律，為考核與完善所建立的多尺度模型和數值方法提供實驗依據。