用Lattice Boltzmann方法模拟方柱绕流

用LatticeBoltzmann方法模拟了两种情况下的方柱绕流:方柱位于流场的边壁和方柱位于流场的中央.在第1种情况中,分析了流场的流线、速度矢量分布以及方柱后面绕流形成的回流区长度随Reynolds数的变化曲线;在第2种情况中,除了给出稳定时流场的流线、速度矢量分布和压力分布以外,还模拟了Re=150时方柱后面形成的周期旋涡现象.两种情况下的计算结果与其他文献中的计算数值和试验数据是一致的.

基于Lattice Boltzmann方法的方柱绕流模拟

从分子动力论出发,探讨了模拟不可压缩粘性流动的Lattice Boltzmann(LB)方法.根据粒子平衡分布函数和非平衡反弹思想,提出了高效的出口边界条件处理格式.结合区域分裂技术设计了适合集群计算机运算的LB并行算法,并用C++程序语言开发了LB并行计算程序.通过对不同雷诺数时的方柱绕流模拟,验证了本文方法的有效性,同时详细分析了雷诺数对方柱绕流特性的影响.

非均匀格子Boltzmann方法模拟方柱绕流

应用非均匀格子Boltzman方法对方柱绕流的三种情况进行详细数值模拟.在第1种情况中,方柱位于流场中央,模拟了卡门涡街现象,给出了斯特鲁哈数随雷诺数变化曲线;在第2种情况中,方柱位于流场壁面,分析了雷诺数对方柱后回流区的影响;在第3种情况中,两方柱并列在流场中央,考察了方柱间距对流场的影响.

基于格子Boltzmann方法的低雷诺数四圆柱绕流流动模式与受力特性模拟

利用格子Boltzmann方法模拟了雷诺数为100时,均匀来流条件下的二维菱形排布的四柱绕流现象,得到了不同柱间距比下的绕流流动模式及阻力变化规律。结果表明:圆柱互扰效应与柱间距比有关,当L/D≤1.2时为单钝体模式,圆柱互扰效应以临近效应为主;当1.2<L/D≤3.5时为间隙流模式,互扰效应以临近效应和剪切层干扰为主;当3.5<L/D≤5.0时为涡冲击模式,且存在一个临界间距比(L/D=3.5)使得此时柱群尾涡最复杂,各圆柱的阻力系数在此时达到极小值。

桌面计算机上利用格子Boltzmann方法的GPU计算

介绍了在桌面计算机上利用格子Boltzmann方法(LBM)与图形处理器(GPU)计算的发展背景,分析了LBM的标准形式及其天生并行特性的成因,介绍了所采用的CUDA编程模型及Kepler计算架构.为了验证桌面计算机上利用LBM的GPU计算的应用能力,对二维方柱绕流问题进行了数值模拟,并将模拟结果与有限体积法的计算结果进行对比.结果表明:对于方柱绕流问题,GPU计算的模拟计算效率约为CPU计算的3.4倍,桌面计算机上利用LBM的GPU计算具有一定的通用科学计算能力.

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。

基于格子Boltzmann方法的固定方柱绕流研究

研究了格子Boltzmann方法的基本原理和边界条件处理方法,并利用该方法对不同雷诺数下固定单方柱绕流流场进行分析,探究了方柱产生卡门涡街的临界雷诺数和范围,验证了格子Boltzmann方法边界处理和数值模拟的正确性和便捷性.对雷诺数为200时并列双方柱不同分布间距的流场进行了模拟,结果表明,当柱间距为2倍方柱边长时,流体绕流方柱的涡流彼此影响最为明显.

基于格子Boltzmann方法和有限体积法的方柱绕流特性对比分析

基于黏性流体理论,分别采用格子Boltzmann方法(LBM)和有限体积法(FVM)建立了黏性流场中方柱绕流模型。探究LBM在非光滑曲面钝体绕流方面的应用;并结合FVM进行对比分析。在FVM模型中,采用局部加密的方法对钝体边界进行处理,而在LBM模型中,除了传统的Half-way边界处理方法,还结合了拐角边界处理方法。为获得较好的可对比数据,根据已发表文献中的理论及UDF编译码技术,分别对两模型的进出口边界条件进行了讨论和设置。对比分析了两模型下的速度云图以及获得的升、阻力系数,Strouhal数。结果发现方柱上游压力不受涡脱落影响,雷诺数对其影响也较小;两种方法下的速度、无量纲参数吻合较好;但两者最适进出口边界不同,且相同条件下,LBM比FVM数值模拟能更快达到稳定状态。

用格子Boltzmann方法模拟方柱绕流

基于格子Boltzmann方法的原理和对边界条件处理的便捷性,分别对单方柱和并列双方柱绕流进行了研究。对于单方柱绕流,分别研究了不同雷诺数和阻塞比对它的影响,给出了不同雷诺数下单方柱绕流的流线图和涡量图,以及平均阻力系数和最大升力系数随雷诺数的变化曲线,得到单方柱产生卡门涡街的临界雷诺数,也给出了不同阻塞比下单方柱绕流的涡量图,以及不同阻塞比对平均阻力系数和最大升力系数所产生的影响。对于并列双方柱绕流,研究了不同间距比对它的影响,给出了不同间距比下的并列双方柱绕流的流线图和涡量图,得到了流动从偏流型向对称型转换的临界间距比以及使得两个方柱后的涡流互相影响最为明显的间距比。

三角形布置圆柱体群绕流特性与流动机理研究

基于浸没边界-多松弛-格子玻尔兹曼方法,对Re=100时等边三角形布置三圆柱体群绕流问题进行数值模拟,分析间距比(Kd)与来流角度(α)两个关键参数对流体力系数及流场特性的影响,揭示其流动机理。计算结果表明:不同流场下尾流模式分为单漩涡、单漩涡体向双漩涡过渡、不规则的双漩涡、规则的双漩涡、双漩涡向三漩涡过渡、不规则的三漩涡和规则的三漩涡模式,在α=30°时流场下游涡街更加规则,尾流模式转变更快。三圆柱所受的时均流体力系数受间隙流流速影响较大,各来流角度下随间距比(除小间距比外)的变化趋势基本一致,尾流模式转变会导致三圆柱群的流体力系数均方根值发生显著变化,在Kd≥3.5后上游圆柱流体力系数均方根值有较大起伏。除α=0°工况外,在Kd≥2.5后中游圆柱的涡脱落频率受α和Kd影响较小,数值相对稳定。

谱单元法及其在多圆柱绕流分析中的应用

系统阐明谱单元方法,基于谱单元方法对低雷诺数Re=200时不同间距下的顺排两圆柱和Re=150正方形排列的四圆柱绕流及其阻力系数、升力系数等进行数值模拟。研究比较不同间距比L/D(两圆柱圆心距离与圆柱直径之比)对两圆柱和四圆柱绕流的影响,计算分析了涡量图分布、平均阻力系数和斯托罗哈数随间距比的变化。研究表明,间距比对顺排两圆柱和正方形四圆柱绕流影响显著;顺排两圆柱绕流存在临界间距比,在Re=200时临界间距比约为3.6。正方形排列四圆柱存在三种流态。当流场从一种流动形态变成另外一种流动形态时,力学参数发生显著变化,在某些间距比区间内出现骤升或骤降现象。

低Reynolds数下单排方柱绕流尾迹涡型的LBM模拟

针对工程中遇到的周期柱体绕流问题,采用格子Boltzmann方法(LBM)对低Reynolds数下单排周期排列方柱的定常绕流进行数值模拟,详细分析了柱体后面的尾迹涡型随着Reynolds数的变化情况,并通过对不同Reynolds数下尾迹涡型结构的分析,得到了二射流、三射流和四射流发生合并现象的临界Reynolds数,其中二射流出现合并的临界Reynolds数与文献的数值模拟结果一致,三射流和四射流出现合并的临界Reynolds数则偏大,但更接近实验结果。