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浸没边界–简化热格子Boltzmann方法研究及其应用

论文摘要

针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界–简化热格子玻尔兹曼方法 （immersed boundary method–simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM）的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度场,简化热格子玻尔兹曼方法 （simplified thermal lattice Boltzmann method,STLBM）的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场的计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介入看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加简单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合传热问题的有效性和可行性.

论文目录

  • 引言
  • 1 简化热格子玻尔兹曼方法
  •   1.1 热格子玻尔兹曼方法
  •   1.2 简化热格子玻尔兹曼方法 （STLBM）
  •   1.3 浸没边界法
  • 2 简化热格子玻尔兹曼方法和浸没边界法的耦合模型
  •   2.1 基于平衡态分布函数修正的IB-STLBM的框架
  •   2.2 基于平衡函数修正的浸没边界法
  •   3.3 IB-STLBM算法流程
  • 4 数值方法的验证与分析
  •   4.1 Taylor-Green涡流
  •   4.2 热圆柱绕流问题
  •   4.3 含热源颗粒的封闭方腔内自然对流
  • 5 结论

    • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 李桥忠,陈木凤,李游,牛小东,Adnan Khan

    关键词: 简化热格子方法,浸没边界法,流固耦合传热,自然对流

    来源: 力学学报 2019年02期

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 力学

    单位: 汕头大学工学院机械电子工程系,龙岩学院物理与机电工程学院

    基金: 国家自然科学基金资助项目(11372168,11772179)

    分类号: O35

    页码: 392-404

    总页数: 13

    文件大小: 1319K

    下载量: 254

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    本文来源: https://www.lunwen66.cn/article/265762e4301c38bda411d033.html