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基于Boltzmann方法绕流的数值计算

杨士梅  
【摘要】: 本文的内容主要包括两大部分:格子Boltzmann方法(简称LB方法)的基本理论介绍;格子Boltzmann方法在工程实际中的模拟应用。 格子Boltzmann方法作为一种计算流体力学数值模拟方法,目前在我国的研究和应用还不如国外深入。但是这种方法的天生并行性这一特点吸引着国内外各领域科学家的深入探讨和研究。同时,这种方法也是对传统的数值计算方法的一种挑战,赋予人们思维的一种灵感。也许,它能够很好的解决存在于传统数值模拟中的一些障碍问题。首先介绍了常用计算流体动力学通用软件的基本特点、格子Boltzmann方法的研究背景及发展现状,系统的介绍了格子Boltzmann方程与宏观Navier-Stokes方程的关系、格子Boltzmann方法的各种数学模型及格子Boltzmann方法一些常用的边界处理方法,并对本文所采用的边界处理方法——非平衡态外推方法,进行了详细的介绍。 对于实际应用部分,首先对二维驱动方腔流和圆柱绕流进行了简单的数值模拟,得出了流场的特性随雷诺数的变化情况,并且结果与文献吻合。在方柱绕流的模拟中,对方柱位于流场中央情况进行了讨论,计算出了升力阻力系数,分析了雷诺数对方柱后回流区的影响模拟了漩涡脱落现象。最后将此方法运用到双方柱流场中,得到了不同间距宽度的流场特性。结果表明,利用Boltzmann方法对绕流流场问题进行数值模拟是可行的,结果是可靠的。研究结果可供实际应用时参考。


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