时间步长对格子玻尔兹曼法模拟室内气流精度的影响

基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟（LBM-LES）是湍流模拟的新方法,但不恰当的时间步长δt可能会影响其计算精度。首先理论总结了δt可能对LBM-LES湍流模拟造成的影响,阐明过大的δt会导致速度场产生压缩性误差,而过小的δt会导致超松弛碰撞产生速度场的数值振荡。其次,通过对等温室内气流案例进行LBM-LES模拟,定量讨论了δt引起的压缩性误差和数值振荡问题。
结果表明,δt较大时流场密度变化剧烈,且格子玻尔兹曼单位的马赫数（M）超过0.3的区域中速度场产生了明显的压缩性误差。同时,过小的δt导致平均及脉动风速均产生了数值振荡,这在网格分辨率较高时尤为明显。建议模拟时在确保δt足够小以满足最大风速区域的M<0.3的基础上,尽量增大δt以防止产生数值振荡。