非正交多松弛系数轴对称热格子Boltzmann方法

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王佐, 张家忠, 王恒. 2017: 非正交多松弛系数轴对称热格子Boltzmann方法, 物理学报, 66(4): 174-187. doi: 10.7498/aps.66.044701
引用本文: 王佐, 张家忠, 王恒. 2017: 非正交多松弛系数轴对称热格子Boltzmann方法, 物理学报, 66(4): 174-187. doi: 10.7498/aps.66.044701
Wang Zuo, Zhang Jia-Zhong, Wang Heng. 2017: Non-orthogonal multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method for axisymmetric thermal flows, Acta Physica Sinica, 66(4): 174-187. doi: 10.7498/aps.66.044701
Citation: Wang Zuo, Zhang Jia-Zhong, Wang Heng. 2017: Non-orthogonal multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method for axisymmetric thermal flows, Acta Physica Sinica, 66(4): 174-187. doi: 10.7498/aps.66.044701

非正交多松弛系数轴对称热格子Boltzmann方法

Non-orthogonal multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method for axisymmetric thermal flows

  • 摘要: 提出了一种模拟轴对称热流动的非正交多松弛系数格子Boltzmann(MRT-LB)模型.通过采用非正交转换矩阵,建立了基于D2Q9离散速度的求解流场的MRT-LB模型和基于D2Q5离散速度的求解温度场的MRT-LB模型.Chapman-Enskog分析表明,该模型可以恢复对应的柱坐标下的宏观连续方程、动量方程和能量方程.与现有的轴对称MRT-LB模型相比,本文采用的非正交转换矩阵中含有更多的零元素,因而具有更高的计算效率.采用本文模型对几种典型的轴对称热流动问题,包括热Womersley流动、竖直圆柱体内的Rayleigh-Bénard对流和环形柱体内的自然对流进行了数值模拟,通过等温线图和流线图以及定量数据的对比,验证了本文模型的可行性和可靠性.并且数值模拟结果表明,相对现有模型,本文模型具有更好的数值稳定性和计算效率.
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出版历程
  • 刊出日期:  2017-03-02

非正交多松弛系数轴对称热格子Boltzmann方法

  • 西安交通大学能源与动力工程学院,西安,710049

摘要: 提出了一种模拟轴对称热流动的非正交多松弛系数格子Boltzmann(MRT-LB)模型.通过采用非正交转换矩阵,建立了基于D2Q9离散速度的求解流场的MRT-LB模型和基于D2Q5离散速度的求解温度场的MRT-LB模型.Chapman-Enskog分析表明,该模型可以恢复对应的柱坐标下的宏观连续方程、动量方程和能量方程.与现有的轴对称MRT-LB模型相比,本文采用的非正交转换矩阵中含有更多的零元素,因而具有更高的计算效率.采用本文模型对几种典型的轴对称热流动问题,包括热Womersley流动、竖直圆柱体内的Rayleigh-Bénard对流和环形柱体内的自然对流进行了数值模拟,通过等温线图和流线图以及定量数据的对比,验证了本文模型的可行性和可靠性.并且数值模拟结果表明,相对现有模型,本文模型具有更好的数值稳定性和计算效率.

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