单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,研究生创新基金答辩报告,研究生创新基金答辩报告,目 录,1,选题背景及意义,2,研究现状与分析,3,拟开展的研究工作,4,项目的创新和特色,5,研究基础和条件,目 录1选题背景及意义2研究现状与分析3拟开展的研究工作4,目 录,2,研究现状与分析,3,拟开展的研究工作,4,项目的创新和特色,5,研究基础和条件,目 录2研究现状与分析3拟开展的研究工作4项目的创新和特色,选题背景及意义,纳米流体，,即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，形成一类新的传热工质。,优点：,强化的传热速率、较大的导热系数、较为稳定的悬浮状态。,在强化传热领域具有十分广阔的应用前景和潜在的重大经济价值，被称为,未来的冷却散热技术。,。,微电子技术,航天器热控制,发动机冷却,选题背景及意义纳米流体，即以一定的方式和比例在液体中添加纳,选题背景及意义,纳米流体流动与能量传递的数学本质是一类复杂的,多场耦合问题。,流场,Navier-Stokes,方程,温度场,浓度场,选题背景及意义纳米流体流动与能量传递的数学本质是一类复杂的,选题背景及意义,（,a,）,宏观尺度,（,b,）介观尺度,（,c,）微观尺度,宏观分析方法：,在连续介质假设下研究纳米流体流动与能量传递。,缺点：,难以描述粒子微运动对纳米流体流动与能量传递的作用机制，不易刻画多场耦合、尺度关联的本质。,微观分析方法：,利用直接的分子动力学模拟纳米流体流动与能量传递。,缺点：,计算规模过大，耗时极长。,选题背景及意义（a）宏观尺度（b）介观尺度（c）微观尺度宏,7,高效的数值方法,:,格子,Boltzmann,方法,（,LBM,）,易于处理复杂边界,实现简单，计算效率高,与传统方法,相比的优势,介观,LBM,天然并行性,LBM,研究纳米流体具有很大的优势和潜力,!,宏观,(CFD),微观,(MD),选题背景及意义,7高效的数值方法:格子Boltzmann方法（LBM）易,8,基本思想：流体微团为演化对像，对空间、时间、速度进行离散，对流体微团分布函数 进行迭代演化,选题背景及意义,8基本思想：流体微团为演化对像，对空间、时间、速度进行离散，,9,LBM,程序的一般结构：,1.,初始化分布函数,:,2.,碰撞：,3.,流动：,4.,计算宏观量：,5.,重复,2-4,直到满足终止条件。,:t,时刻在,x,格点,i,方向流体分布函数,:,局部平衡态分布函数，为宏观密度和速度函数,选题背景及意义,9LBM程序的一般结构：1.初始化分布函数:t 时刻在,目 录,1,选题背景及意义,2,研究现状与分析,3,拟开展的研究工作,4,项目的创新和特色,5,研究基础和条件,目 录1选题背景及意义2研究现状与分析3拟开展的研究工作4,缺乏,交叉扩散效应,(,即,Soret,和,Dufour,效应,的影响,),对纳米流体流动与能量传递影响的报道。,缺乏,高,Rayleigh,数（即流体状态趋向湍流）情况下,纳米流体流动与能量传递的研究。,鲜有,三维真实情况下,纳米流体流动与能量传递问题的报道。,存在的不足,：,研究现状与分析,自然对流,Duiet,et al.,(2011),对底部受热的扁平腔体内纳米流体流动问题进行了一系列研究。,混合对流,Mehtizi,et al.,(2012),研究了纳米粒子的悬浮问题，并详细讨论了受热源位置和不同边界条件对传热的影响。,强迫对流,缺乏交叉扩散效应(即Soret和Dufour效应的影响)对纳,目 录,1,选题背景及意义,2,研究现状与分析,3,拟开展的研究工作,4,项目的创新和特色,5,研究基础和条件,目 录1选题背景及意义2研究现状与分析3拟开展的研究工作4,针对已有研究的不足,拟开展的工作,发展一类数值稳定性好的格子,Boltzmann,模型,用于模拟高,Rayleigh,数情况下纳米流体流动与能量传递问题,构建一类用于描述带有交叉扩散效应的纳米流体流动与能量传递的格子,Boltzmann,模型,用于分析,Soret,和,Dufour,效应对纳米流体流动和传质传热的影响,基于由,NVIDIA,公司开发的,CUDA,高效运算平台，编制上述相关模型的并行程序,用于模拟三维真实情况下纳米流体流动和能量传递问题,拟开展的研究工作,针对已有研究的不足拟开展的工作发展一类数值稳定性好的格子Bo,目 录,1,选题背景及意义,2,研究现状与分析,3,拟开展的研究工作,4,项目的创新和特色,5,研究基础和条件,目 录1选题背景及意义2研究现状与分析3拟开展的研究工作4,针对已有研究的不足,拟开展的工作,项目的创新与特色,采用介观分析的方法研究纳米流体流动与能量传递的微观机理。,有效克服了宏观分析方法和微观直接分子动力学模拟的劣势,发展适用于纳米流体流动与能量传递的更加稳定、高效的,LB,模型。,人们通常会选择,MRT,模型作为提高,LB,方法稳定性的手段，但该模型涉及多种松弛参数，且没有通用的最优准则，本项目致力于发展一类新的,LB,方法克服上述缺陷。,考虑交叉扩散效应对纳米流体流动和能量传递的影响。,Soret,和,Dufour,效应通常作为第二物理现象而被众多研究者忽略，而事实上当温度和浓度梯度过大时不容忽略，本项目将数值研究该问题并给出相关物理解释。,基于,CUDA,运算平台，设计高效的并行算法。,当前有关纳米流体的研究大多集中在二维，计算效率是导致这一问题的主要原因，本项目致力于设计高效的并行算法，数值模拟三维真实的纳米流体流动与能量传递问题。,针对已有研究的不足拟开展的工作 项目的创新与特色采用介观分析,目 录,1,选题背景及意义,2,研究现状与分析,3,拟开展的研究工作,4,项目的创新和特色,5,研究基础和条件,目 录1选题背景及意义2研究现状与分析3拟开展的研究工作4,针对已有研究的不足,拟开展的工作,研究基础和条件,针对变系数对流扩散方程，已构造出稳定性好且精度高的正则化格子,Boltzmann,模型,相关研究成果发表在,Phys.Rev.E,（,SCI A,类期刊）上。,针对已有研究的不足拟开展的工作 研究基础和条件针对变系数对流,针对已有研究的不足,拟开展的工作,研究基础和条件,为提高,LB,计算效率，已构建一类区域分裂的格子,Boltzmann,方法，相关研究成果发表在,Comput.Math.Appl.,（,SCI A,类期刊）上。,针对已有研究的不足拟开展的工作 研究基础和条件为提高LB计算,针对已有研究的不足,拟开展的工作,研究基础和条件,良好的,CUDA,编程经验。,（,a,）三维方腔流,（,b,）动脉瘤中的血液流动,由于,”,复杂系统仿真中心,”,在,GPU,算法设计方面的突出工作，华中科技大学还在,2013-2015,年被,NVIDIA,公司授予“,GPU,教学中心”。,针对已有研究的不足拟开展的工作 研究基础和条件良好的CUDA,针对已有研究的不足,拟开展的工作,研究基础和条件,已建立用于求解带有交叉扩散效应的双扩散自然对流的,LB,模型，并初步探索了高,Rayleigh,数下双扩散自然对流的传质传热过程。,针对已有研究的不足拟开展的工作 研究基础和条件已建立用于求解,本项目人员：,课题设备：,Lenovo,深腾,1800,高性能计算机：,23,个节点，每个节点,2,块,2.8G XERON,处理器,工作站,3,台：,单精度,Tesla C1060/K20 GPU,理论峰值达,4.0TFLOPS,研究基础和条件,本项目人员：课题设备：研究基础和条件,