Hybrides Lattice-Boltzmann-Finite-Differenz-Verfahren zur Simulation von Mikrophasenwechselmaterial-Schlämmen in konvektivem Fluss

In diesem Papier präsentieren wir ein hybrides numerisches Schema, das die Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) mit der Finite-Differenz-Methode (FDM) koppelt, um Mikrophasenwechselmaterial (MPCM) Suspensionen in einem Minikanal zu modellieren. In diesem Rahmen wurde die LBM eingesetzt, um die Kontinuitäts-, Impuls- und Energiegleichungen für den Fluidbereich zu lösen, während ein Lagrangeschema die Bewegung der MPCM-Partikel nachbildet. Die LBM ist mit einem FDM-Löser gekoppelt, der unter der Annahme der lumped capacitance arbeitet, um die Phasenübergangsphänomene innerhalb der Mikropartikel zu adressieren. Diese hybride Kopplung beseitigt die Notwendigkeit einer spezifischen Behandlung beim Umgang mit Phasenübergängen und beim Verfolgen von Phasengrenzen. Die vorgeschlagene Methode wird zunächst an klassischen Partikelfällen evaluiert, was ihre Fähigkeit zeigt, eine Vier-Wege-Kopplung zu erreichen. Darüber hinaus passt sich das aktuelle Modell effektiv an die Viskositätsänderungen an, wenn die Mikropartikel eingebaut werden, wodurch die Notwendigkeit homogener Viskositätsmodelle entfällt. Anschließend wird das Potenzial dieses Ansatzes demonstriert, indem der Einfluss der nahen Wandthermalkopplung von MPCM-Partikeln in drei Szenarien untersucht wird, die auf der Partikeldichte basieren: leichte (ρ₏ρ₅) Mikropartikel. Der hybride Ansatz offenbarte zudem Erkenntnisse über den Einfluss des Volumenanteils auf den Wärmeübergangskoeffizienten sowie auf den Gesamten Wärmeübergangskoeffizienten und den Leistungsindex aus einer Lagrange-Perspektive.