一种曲边界处理的格子Boltzmann模型

本文提出了一种曲边界条件处理的格子Boltzmann模型.在模型中,计算边界点的平衡态分布函数由物理边界点的宏观量确定;计算边界点的非平衡态部分可由非平衡态外推方法与插值方法确定.对圆柱绕流进行了数值模拟,计算结果与前人结果吻合较好,表明该模型是可行有效的.     

基于多松弛格子Boltzmann方法插值反弹运动边界研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,结合曲边插值边界处理方法,在固定笛卡尔坐标系均匀网格下,模拟了运动圆柱绕流问题.结合非平衡外推思想,提出了一种新的预估格点分布函数的方法:通过"圆柱表面垂直方向附近的流场内格点的密度和圆柱的速度"构造平衡分布函数,并将其作为新生成格点的分布函数.利用对绝对误差的频谱分析技术,与现有两种方法(基于平均和预估思想)对比结果显示:新提出的方法在具有更高的精度的同时,可以保证仅需要流体域内较少的流动信息,从而为流体内的颗粒碰撞等问题提供了有利条件.通过误差频谱结果,进一步对相应方法中的误差根源进行了讨论,为进一步改进方法提供了依据.对相同雷诺数下加大一倍流场区域的计算结果表明,加大网格可以减小升阻力误差在低频时频谱幅值.     

不可压缩绕流的并行格子Boltzmann模拟

应用并行格子Boltzmann算法分别对二维管道中方柱、 圆柱和NACA0012机翼绕流问题进行计算, 得到了在不同雷诺数、 不同时间步的流动结果. 计算结果表明, 并行算法的使用可增加流场的计算区域.     

正型排布四圆柱绕流流动模式的格子Boltzmann模拟

利用格子Boltzmann数值方法模拟了绕正型排布的四个圆柱的二维层流流动,研究了雷诺数Re=70时,16种不同圆柱节距比下的流动模式,提出了无因次数α,β对流动模式进行分类,α为上游圆柱与下游圆柱的关联程度,β为尾涡形态的关联程度。结果表明α主要受横向节距比的影响,当α<0.4时为稳定屏蔽流,当0.4≤α<1.0时为摆动屏蔽流,当α≥1.0时为涡脱落流态;而β主要受纵向节距比的影响,当β<0.26时为单体模式,当0.26≤β<1.0时为干扰模式,当β≥1.0时为涡分离模式。本研究为多柱绕流流态的定量划分进行了探索。     

用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题

用格子Boltzmann方法计算来流为水平剪切流的方柱绕流问题, 得到了在不同速度梯度条件下方柱绕流的流线和等涡线图. 发现在圆柱尾部形成两排涡, 当来流速度梯度较大时, 两排涡有很大的不同. 计算结果表明, 用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题是可行的, 计算结果与理论分析相符.     

带自由面流体运动的单相格子Boltzmann方法模拟

采用Thurey提出的单相格子Boltzmann方法模拟了带自由面流体的运动.它在标准的单相模型的基础上将每个格子标记为气体、液体或自由面.格子的类型通过计算格子间的质量通量来重新初始化.与多相模型相比,它不需要求解气相格子的运动,提高了计算效率.针对此方法,给出了一种来流和出流边界条件的提法.最后,计算了来流被竖直圆柱阻挡,破碎成两股后又接合起来运动的动态过程.结果表明,此方法能描述来流经圆柱后高度降低,并形成涡等现象.     

基于格子Boltzmann和POD方法的非定常流场重建

以二维圆柱雷诺数Re=100绕流为研究对象,在格子Boltzmann方法模拟非定常流动的基础上,利用本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)算法获取二维圆柱绕流周期性稳定脱落阶段POD基函数及对应的系数,用以实现非定常流场的重建,并研究不同POD模态阶数对重建效果的影响。结果表明：前5阶POD模态占总能量的99%,可以准确地重构流场,流场重构误差最大绝对值为8×10^-4;随着模态阶数的增加,流场主要特征表达得越细致,且流场重建误差由大幅度降低,缓慢减低到趋于稳定几乎保持不变。     

用格子Boltzmann方法模拟正弦曲线底边方腔内流动

采用格子Boltzmann方法数值模拟正弦曲线底边方腔内流动, 分析了格子Boltzmann方法处理曲线边界的特性.在曲线边界的处理中采用二阶精度的曲线边界处理方法, 将反弹格式和内插法相结合, 计算方法可靠、准确且易于执行.计算了流线图、等涡线图和涡心位置, 并分析了流场随Re数的变化.     

网格因素对格子Boltzmann方法误差的影响

基于外推法的思想,提出了格子Boltzmann方法中的误差计算方法.该方法在粗细两种网格下,采用Filippova提出的分布函数耦合方法推导出误差的计算公式,其主要误差项与格子大小和分布函数中的非平衡态部分成正比.最后用垂直平板障碍绕流作为一个数值计算实例,验证了理论推导与数值试验结果是一致的.     

格子Boltzmann方法中不同边界处理及不同体力项表达式的对比分析

简要介绍了格子Boltzm ann方法以及耦合温度的格子Boltzm ann方法,就LBM采用不同边界处理分别对二维方腔自然对流进行了模拟以及对比。同时,推导出LBM中更为完整的体力项的表达式,并采用简化的体力项与较完整体力项分别进行数值模拟,将结果进行了对比分析。模拟的结果与前人的结果吻合良好。     

不可压缩流体周期性流动格子波尔兹曼的边界处理

提出了一种新的周期性边界处理方法,用于处理格子波尔兹曼(lattice boltzmann)方法中压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界条件。当压力驱动的不可压缩流体充分发展时,可以在周期性截面上直接用压力梯度而不是采用当量体积力的常规周期性边界处理方法,来确定周期性流动截面上的粒子分布密度。应用所提出的压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界处理方法,对二维压力驱动下充分发展的泊肃叶流(poiseuille flow)和周期性方柱扰流进行了数值模拟。结果表明:该周期边界条件处理方法能够很好地保持系统周期性,在其宏观的周期性边界截面上产生了连续的压力分布,真正地实现了直接压力驱动不可压缩流体周期性流动条件下的所有特征。     

格子Boltzmann方法中的几个问题

简单介绍了在格子Ｂｏｌｚｔｚｍａｎｎ方法的最新动态,分析了该方法目前存在的问题。给出了几种解决问题的途径,通过数值分析和理论分析得到,用格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法求解流体力学问题,有三方面的优点：（１）格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程是 维的,对流项是线性的,简单的松驰方程可以得到复杂的非线性的流体力学方程,已表现出数值稳定,结果准确等特点。（２）在不可压的极限下可以得到不可压缩Ｎ－Ｓ方程,压力由状态方     

应用格子波尔兹曼模型模拟建筑物周围流场

采用格子波尔兹曼方法，应用三维格子波尔兹曼模型对不同雷诺数和不同宽高比的建筑物周围流场进行了模拟计算，结果证明随着雷诺数的增加出现了回流区，且雷诺数和宽高比越大，回流区的面积越大。由此可见，波尔慈曼方法用于模拟建筑物周围流场是可行的。     

不可压缩流的晶格玻耳兹曼模型的讨论

从分析研究“计算流体动力学”(CFD)的有关实验数据出发，讨论不可压缩流的晶格玻耳兹曼模型．内容包括：不可压缩流的Navier-Stokes方程、稳定流(Poiseuille流)、不稳定流(Womersley流)．     

基于质量守恒边界条件的液压缸织构表面空化模型

传统的雷诺边界条件没有考虑到微凹坑织构中存在的空化现象,较难准确预测织构化表面的润滑特性。本文以液压缸缸筒-活塞摩擦副为研究对象,基于质量守恒的边界条件,建立均匀分布的微凹坑织构表面油膜压力与变密度两者之间的空化数学解析模型,采用中差分模型和迎风算法进行数值离散,得到摩擦副中油膜的压力分布以及空化生成的位置。FLUENT仿真结果验证了该空化模型的有效性。     

圆柱绕流的非交错多层笛卡尔网格混合有限分析法

采用非交错多层笛卡尔网格离散计算区域，应用混合有限分析法(HFAM)离散控制方程，利用“壁法向插值法”处理不规则边界，以改进的动量插值法(MIM)解决压力锯齿波问题，立了一套完整的计算二维复杂边界流动的数值方法．通过低雷诺数圆柱绕流资料进行计算检验，计算结果与资料基本吻合，显示了本模型在不规则区域计算中的实用价值．     

活塞环自由状态曲线方程的研究

基于微分几何曲线理论,将曲线弧长自然参数引入活塞环自由状态曲线方程,推导出了一种准确的活塞环自由状态曲线方程。该方程与传统的活塞环自由状态曲线计算方法相比,具有方法简便,计算精确等优点,在理论和实际上都具有重要意义 。