基于速度修正的浸入边界—格子Boltzmann方法及应用研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:caochangzheng
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近年来,浸入边界法(IBM)已经发展成为一个相当受欢迎的计算流体力学(CFD)数值方法。另外,格子Boltzmann方法(LBM)最近也得到了大量的应用。由于两者都采用笛卡尔网格这一特征,一些科学家将两者结合形成了一种更有效的数值方法:浸入边界-格子Boltzmann方法(IB-LBM)。在过去的时间里,该方法得到了很大的应用和发展,然而依旧有一些不足。本文针对这些不足,完成两个主要改进:满足无滑移边界条件和提高边界附近的计算精度。本文提出一种能够严格满足无滑移边界条件的浸入边界-格子Boltzmann方法,在传统的IB-LBM中,由于无滑移边界条件只得到近似满足,所以会出现流线穿透物体边界的非物理现象。为了克服这缺陷,本文强制使流场中边界点处的速度等于浸入体边界速度来实现无滑移边界条件,然后利用边界点的速度来修正边界点附近欧拉点的速度。为了验证该方法的有效性,模拟多种雷诺数下的静态圆柱绕流,另外也模拟较为复杂的运动边界问题。上述算例的计算结果与前人的文献结果相符合,同时流线穿透现象被避免,从而验证该方法的有效性。为了提高计算效率,在IB-LBM中通常采用非均匀网格。本文通过基于泰勒级数展开和最小二乘的LBM这一变种来在非均匀网格上实现LBM。扩展至三维情况,由于电脑内存的限制,本文提供了一种更有效的LBM,该方法相对于TLLBM,需要存储的系数大大减少。结合这更有效的LBM,新的IB-LBM可以有效的模拟三维流场。三维静止物体和运动物体的周围流场的模拟结果,跟文献吻合的很好,进一步验证该方法的有效性。
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