静止和转动圆柱绕流的格子Boltzmann模拟

摘要

颗粒对流体湍流性质的影响(湍流变动)一直是气粒两相湍流机理研究的难点和热点，建立在微观模型上的格子Boltzmann(LBM)方法作为该领域的一种有代表性的算法，近年来引起了广泛关注。本文对二维静止和转动圆柱绕流开展了数值模拟，具体内容如下：
　　 论文首先以静止圆柱绕流为对象，进行数值模型和边界格式的检验，涉及三种典型的LBM模型，包括D2Q9模型、He-Luo模型和D2G9模型，以及三种典型的边界处理方式，包括反弹格式、OSIF和CPIF格式、以及非平衡态外推格式，将不同的LBM模型和边界处理格式组合，对Schafer & Turek1996抛物来流条件下偏置圆柱绕流的标准算例开展了数值模拟，并将模拟结果与文献中实验和数值模拟结果对照，包括流线、涡量场、阻力系数、升力系数等，验证了LBM模型的稳定性和精确性，同时也做了边界格式的精度比较，结果表明，采用不可压的He-Luo模型和D2G9模型，以及CPIF和非平衡态外推格式具有较高的模拟精度。
　　 实际流动中颗粒都是有平动和转动的，论文进而采用D2Q9模型和非平衡态外推曲边界处理格式对中心固定的转动圆柱绕流进行了模拟。本文采用D2Q9标准模型，非平衡态外推格式，对Madeleine & Christian 1985均匀来流条件下的转动圆柱绕流实验进行了模拟，并将模拟结果与文献中的实验结果对照，包括不同时刻的流线、涡量场、速度、阻力系数、升力系数等，结果表明，LBM在复杂移动边界的处理上，也能够具有较高精度。