格子玻尔兹曼方法的理论研究与应用.pdf

格子玻尔兹曼方法的理论研究与应用 段欣悦(热能工程专业) 指导教师：徐明海(教授) 中文摘要 格子玻尔兹曼方法是用简单的介观模型来模拟流体宏观行为的一种 动力学方法。与传统的宏观数值计算方法截然不同，格子玻尔兹曼方法 从非平衡态统计力学的观点出发，将时间、空间和速度相空间完全离散 有编程简单、易于并行处理和边界条件处理简单等优点，在最近十几年 得到了重视和迅速发展，逐渐拓宽了其应用领域。 本文采用LBGK模型编制了计算程序，针对顶盖驱动流动、外掠后台 阶流动、方腔自然对流、热Poiseuille流几个经典算例进行了数值模拟， 并与SIMPLE算法的解或相应的基准解进行比较，验证了程序的正确性， 表明TLBM在流动与传热领域的发展前景。对二维平行通道内的圆柱、方 柱和三棱柱绕流流动进行了数值模拟，分析了障碍物不同放置时的流场、 压力场，得到了各种绕流开始出现涡脱的雷诺数临界值以及流场中阻力 系数的变化。同时还对双管横、竖排两种布置方式的绕流进行了数值模 拟，结果表明横向管间距越小，流动稳定性越强；纵向管问距越小，流 动稳定性越差。针对顺、错排管束的流动计算表明，流体冲刷错排管束 的能力较强，但其阻力损失却较大。应用LBM周期性边界处理技术对顺、 错排管束绕流局部单元流动状态进行了数值模拟，为进一步应用LBM对 多孔介质流动模拟奠定了基础。 关键词：格子玻尔兹曼方法，绕流，管束，数值模拟，涡脱 and of Theorystudyapplication Method DUAN Xin-yue(Thermal Engineering) Directed XU byprofessorMing-hai Abstract TheLattice·Boltzmann be Method(LBM)canregarded嬲a kinetic·basedtodescribeflow from or mesoscopic approach phenomena differentfromtraditional microscopiclevels．Completely macroscopic numerical startsfromthe methods，LBM non-equilibriumpoin‘combines theBoltzmann withthelatticekinetic arc Equation models，which diacretizedin and obtains time，spacevelocityphasespace；andmacroscopic variablesviastatisticalmethodstoworkoutthe without problemssolving the with numericalfluid Navier-Stok