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用格子Boltzmann方法模拟棱柱绕流问题

马金英  
【摘要】: 本文主要研究了格子Boltzmann方法及其在几种棱柱绕流问题中的应用。 作为一种比较新的数值计算方法,格子Boltzmann方法越来越受到人们的重视。由于其不需要建立和求解复杂的偏微分方程,为复杂现象的理论探讨和数值模拟提供了有效的手段。格子Boltzmann方法是在格子气自动机的基础上发展起来的,因此我们首先详细介绍了关于格子气方法的一些内容和基本模型。然后介绍了格子气方法和格子Boltzmann方法的发展过程,在此基础上引入了格子Boltzmann方法。本文介绍了格子Boltzmann方法的D2Q9模型及格子Boltzmann方法中二阶精度的任意曲线边界处理方法和边界受力计算方法。 数值模拟部分使用格子Boltzmann方法的D2Q9模型,模拟了四种情况的棱柱绕流。在第一种情况中,单个棱柱位于流场中央,给出了流线图,模拟了卡门涡街现象,并计算了升、阻力系数,Strouhal数;在第二种情况中,计算了来流为剪切流的棱柱绕流问题,比较了不同速度梯度下,流场的变化情况;在第三种情况中,流体流过两个并列棱柱的情况,在Re=100的条件下,改变两棱柱之间的距离,分析流场的变化,得到了流线图、等涡线图及升、阻力系数随着两棱柱之间间距比的变化情况;在第四种情况中,两个棱柱串列位于流场中央,考察了棱柱间距对于流场的影响。


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