圆柱绕流与颗粒悬浮流动的格子Boltzmann模拟

摘要

格子Boltzmann方法是近二十年来快速发展起来的新的数值模拟方法,目前在湍流、多相流、颗粒悬浮流动、微尺度流等领域已取得初步成功的应用。本文主要采用格子Boltzmann方法模拟颗粒悬浮流动。
　　首先,本文对不同格子Boltzmann模型、边界处理格式进行了详细对比研究,结果表明:He-Luo模型、LB-MRT模型的计算结果相对更精确;曲边界处理的方法中,与各种插值法相比,附加应力方法在处理运动曲边界时附加扰动更小,有可观优势。
　　其次,本文详细讨论了颗粒旋转、振荡作用对流场的重大修正作用。以串列双圆柱绕流为例,上游圆柱的旋转作用、振荡作用均对流场产生重大影响,具体表现为滞止区消失、过渡区域提前出现、阻力升力变化很大等;此外,对于非等温单圆柱绕流,模拟结果显示低频率、低振幅的流向振荡作用有利于增强管壁换热。
　　最后,本文成功将格子Boltzmann方法应用于颗粒沉降数值模拟,包括单颗粒沉降、双颗粒沉降及多颗粒沉降。模拟结果再现了经典的“吸引-碰撞-翻转”现象,并进一步将双颗粒尾流场中的相互作用划分为三个区域:吸引区、排斥区、过渡区,为进一步研究颗粒群沉降中的局部富集效应机理解释提供依据。

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1. 选题背景

1.1格子Boltzmann方法发展历程简介

1.2格子Boltzmannn方法基本原理及数学模型

1.3格子Boltzmann方法边界处理

1.4格子Boltzmann方法的应用

1.5本章小结及展望

2. 格子Boltzmann模型、边界处理的对比研究及优选改进

2.1格子Boltzmann模型对比研究

2.2格子Boltzmann边界处理对比研究

2.3本章小结及展望

3. 颗粒旋转、振荡对流场重大修正作用的讨论

3.1旋转圆柱、静止圆柱串列绕流的格子Boltzmann模拟

3.2振荡圆柱、静止圆柱串列绕流的格子Boltzmann模拟

3.3非等温流向振荡单圆柱绕流的格子Boltzmann模拟

3.4本章小结及展望

4. 单/双/多颗粒沉降的格子Boltzmann模拟

4.1单颗粒沉降的格子Boltzmann模拟

4.2无限大流场中双颗粒沉降的吸引、排斥作用

4.3本章小结及展望

5. 全文总结与展望

致谢

参考文献

硕士期间参加的学术会议和发表的学术论文