圓柱振蕩繞流LBM數(shù)值模擬.pdf

1、Lattice Boltzmann Method(LBM)是上世紀(jì)80年代從格子起動(dòng)機(jī)(Latice GasAutomata，LGA)發(fā)展起來的一種新的計(jì)算流體數(shù)值方法。與傳統(tǒng)的流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法不同，LBM是從微觀粒子運(yùn)動(dòng)的層面來對(duì)流體進(jìn)行數(shù)值模擬，LBM描述對(duì)象是單一粒子的分布函數(shù)，分布函數(shù)的控制方程是經(jīng)典Lattice Boltzmann方程。與傳統(tǒng)的流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法相比較，LBM具有很多優(yōu)點(diǎn)，如算法簡(jiǎn)單、邊界處理容易、易于

2、并行運(yùn)算等特點(diǎn)。 盡管近年來LBM在流體力學(xué)計(jì)算方面得到了很快的發(fā)展，成功地模擬了包括均相不可壓縮湍流和多孔介質(zhì)中的多相流動(dòng)在內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)問題。但該方法還有許多值得研究的地方，例如LBM對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)邊界流體動(dòng)力學(xué)問題的研究。為了拓展LBM應(yīng)用領(lǐng)域的范圍，本文對(duì)LBM處理移動(dòng)邊界的方法進(jìn)行了一些研究工作，并數(shù)值模擬了圓柱振蕩繞流問題。 圓柱振動(dòng)繞流是一個(gè)經(jīng)典的問題，含有豐富的內(nèi)容，有著廣泛的工程應(yīng)用背景?？梢园l(fā)現(xiàn)大量相關(guān)的

3、理論、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算研究。例如圓柱沿均勻來流做橫向振蕩時(shí)，在f<,e>/f<,s>≈1，即振動(dòng)頻率在渦自然脫落頻率附近時(shí)，會(huì)發(fā)生相位變化現(xiàn)象。圓柱沿均勻來流方向做縱向振蕩時(shí)，渦脫落形態(tài)受圓柱振蕩頻率影響，不同的振動(dòng)頻率，會(huì)出現(xiàn)不同形式的渦脫落形態(tài)。本文首先應(yīng)用LBM數(shù)值模擬了圓柱橫向振蕩繞流，并將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)進(jìn)行了比較，結(jié)果吻合良好。然后模擬了圓柱縱向振蕩繞流，主要研究了振蕩頻率和振幅對(duì)升、阻力系數(shù)和尾渦脫落形態(tài)的影響。從計(jì)算結(jié)果中，總結(jié)