基于Lattice Bohzmann方法的翼型绕流数值模拟
浸没边界格子Boltzmann方法的改进及转动圆柱绕流模拟
浸没边界格子Boltzmann方法的改进及转动圆柱绕流模拟王露;李天匀;朱翔;郭文杰【摘要】Based on Suzuki's immersed boundary lattice Boltzmann method, an improved approach is pro⁃posed. By adopting the force model of the lattice Boltzmann method and improving the technique of fluid structure interaction force calculation, the process of calculating the force of fluid structure interaction is simplified. Moreover,its calculation time is over 50%shorter than that of the original method, which means that efficiency is greatly improved. Based on the improved method, such features as lift coefficient, drag co⁃efficient,pressure coefficient and flow field are discussed under different conditions of flow over a rotating cylinder. Compared with the related results, this new improved method is shown to be accurate and reliable.%针对浸没边界格子Boltzmann方法计算效率不足的问题，提出一种改进浸没边界格子Boltzmann方法。
SOFC多孔阳极内微尺度流动的Lattice-Boltzmann模拟
SOFC多孔阳极内微尺度流动的Lattice-Boltzmann模拟谢龙;王玉璋;于建国【摘要】为了模拟阳极支撑固体氧化物燃料电池多子阳极内的微尺度流动,利用Lattice-Boltzmann方法建立了多组分气体流动模型,结合多孔介质的数值构造方法,验证了复杂多孔介质内微尺度流动模型的有效性,研究了多孔阳极微结构和燃料组分对质量传递和浓差极化的影响.计算结果表明:Lattice-Boltzmann方法适用于多孔电极内的微尺度流动模拟,阳极浓差极化与燃料组分、电流密度以及阳极微结构相关.%in order to simulate the micro-scale flow in porous anode of anode-supported solid oxide fuel cell, a multi-component gas flow model was built through Lattice-Boltzmann method and the porous media was reconstructed by numerical technique. Based on the validation of micro-scale flow model of complex porous media, the effect of microstructure and fuel component on mass transport and concentration polarization was analyzed. Conclusions are drawn out: Lattice-Boltzmann method is competent for the simulation of micro-scale flow in porous electrode, and the concentration polarization of SOFC anode is highly related to fuel component, current density and anode microstructure.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2013(037)002【总页数】5页(P209-213)【关键词】固体氧化物燃料电池;格子-波尔兹曼方法;微尺度流动;浓差极化【作者】谢龙;王玉璋;于建国【作者单位】上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室,上海200240;上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室,上海200240;上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM911.4固体氧化物燃料电池 (SOFC)一次发电效率高，易实现SOFC-GT联合循环，电极材料成本低，燃料适用面广，全固态结构适合进行模块化设计和放大，是中长期最具吸引力的新型、绿色能源解决方案[1]。
二维涡旋的Lattice Boltzmann方法模拟
第４３卷第６期２００４年１１月中山大学学报（自然科学版）ＡＣＴＡＳＣＩＥＮ＇ＩｌＡＲＵＭＮ爿ｒＵＲＡＩ删ＵＮＩＶＥＲＳｌＴＡＴＩＳＳＵＮＹＡＴＳＥＮＩＶ０１．４３Ｎｏ６Ｎ０ｖ．２０阱二维涡旋的ＬａｔｔｉｃｅＢｏｌｔｚｍａｎｎ方法模拟。
陈炬桦（中山大学计算机科学系，广东广州５１０２７５）摘要：介绍一个流体问题的ＬａｔｔｉｃｅＢｏｌｔｕｍａｎｎ并行模拟模型，该模型也是一种细胞自动机模型。
用该模型模拟了二维的涡旋现象。
利用计算机可视技术，可动态显示流体流动的演化过程，可用于分析、仿真流体流动现象，也可用于设计、优化一些物体与流体接触的边界。
关键词：并行计算；ＬａｔｔｉｃｅＢｏｌｔｕｌｍｎｎ；二维涡旋；计算机仿真中图分类号：０２４２；ＴＰｌ５‘文献标识码：Ａ文章编号：０５２９。
６５７９（２００４）０６－０１６３—０３细胞自动机最早由ＶｏｎＮｅｔｔｍａｒｍ和Ｕｌａｍ提出用于模拟生物中的自组织与自复制现象“。
，它是把物理系统的空间和时间离散的一种数学方法。
细胞自动机把空间离散为一些规则格子，每个格点称为细胞（Ｃｅｌｌ）定义为一个变量；所有细胞按离散的时间步并行演化，每个细胞在某个时间步的取值为其邻域的前一时间步的函数。
细胞自动机有３个显著的特性：大规模同步并行、局域相互作用和细胞结构简单。
同步并行指在空间各个细胞的演化是同步、相同的演化规则（相同的迭代公式）进行，它尤其适合于ＳＩＭＩ）型并行计算机系统；细胞作用的局域性使得该算法适合于区域分裂算法。
在ＭＩＭＤ型并行计算机或分布式计算机上，细胞自动机的计算区域可分裂为一些独立的子域，在各子域之间只需交换共同边界上的数据（数据传递量少），在各自的子域内可独立演化，对解决空间大的数学物理问题效果极好”１；细胞自动机适合于不同结构的并行计算机系统。
细胞的演化规则一般都比较简单，但其演化能显示复杂的行为。
格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法是由完全离散的格子气（１ａｔｔｉｃｅｇａｓ，ＬＧ）方法发展而来，其理论背景是细胞自动机（ｃｅｌｌｕｌａｒａｕｔｏｎｍｔａ，ＣＡ）。
用格子Boltzmann大涡模拟方法计算电磁力作用下的翼型绕流
用格子Boltzmann大涡模拟方法计算电磁力作用下的翼型绕流李秀文;李伟杰;郑海成【摘要】利用格子Boltzmann大涡模拟(LBM-LES)方法,对较大雷诺数Re=2.4×105下翼型绕流的电磁控制进行数值研究.结果表明,LBM-LES方法计算过程简单,容易并行,适合处理该问题.%The electromagnetic control of the flow around hydrofoil at a larger Reynolds number Re = 2.4 X 105was investigated by applying lattice Boltzmann-large eddy simulation. Numerical results show that latticeBoltzmann-large eddy simulation method is simple, with easy parallelization, and is suitable to handle thecase.【期刊名称】《吉林大学学报（理学版）》【年(卷),期】2011(049)005【总页数】3页(P870-872)【关键词】翼型绕流;格子Boltzmann方法;大涡模拟;流体控制【作者】李秀文;李伟杰;郑海成【作者单位】吉林大学数学学院,长春130012;空军航空大学航理系,长春130022;吉林大学数学学院,长春130012【正文语种】中文【中图分类】O351.2当飞机机翼以一定攻角飞行时, 其表面边界层会发生分离[1], 进而导致升力下降、阻力增加. 这种现象会使飞行器失速, 并诱发噪声和振荡, 影响飞行器的飞行速度和稳定性. 为减少翼型表面的阻力, 可采用多种方法对流体边界层进行控制.目前, 电磁控制方法已受到人们广泛关注[2-3]. 本文考虑的流体为可电离的带电气体或液体电解质, 带电流体在电磁场作用下的宏观运动方程为附加电磁体积力的不可压缩Navier-Stokes方程：式中: u为流体的速度; p为压力; Re=lu∞/γ, γ为流体运动学黏性系数, u∞为无穷远处来流速度; F=Nf(xi)et为电磁力源项, 其中f(xi)=e-φ·ri, φ=-π(l/h), l为翼型的弦长, h为磁极和电极的宽度, et为翼型表面切线方向的单位向量, ri为距离翼型表面法线方向的距离, N称为电磁力作用参数, 表示为N=(π/4)(jBl/(ρu∞)), ρ为电介质的密度, B为磁感应强度, j为电流密度. 根据欧姆定律j=σ(E+u×B), σ为电介质导电率, E为电场度, σ(u×B)是由磁场诱导出的电流密度, 因为感应电流太小对外加磁场几乎无影响, 可以忽略不记, 则j=σE. 与文献[3]相比, 由于特征参数的取值不同, 作用参数N的数值也不同, 通过量纲分析可以确定：本文中的N为文献[3]中参数N的1/1 000.根据文献[4], 控制方程(1)和(2)的格子Boltzmann方程可表示为(3)其中: fα(xi,t)为粒子速度分布函数; eα为粒子沿第α个方向运动的速度,α=0,1, (8)(4)是平衡态分布函数; c=δx/δt, δx是相邻两节点之间的距离, δt是时间步长, wα是加权系数, τ是松弛时间;(5)是电磁场作用下的电磁体积力项, 满足宏观的密度、动量可通过分布函数得到：(6)(7)将大涡模拟引入格子Boltzmann方法(简称LBM)中, 滤波后的LBM方程为(8)该方程与LBM方程(3)仅松弛时间不同, 在LBM-LES中, 小尺度运动的影响通过引入湍流松弛时间τt考虑. 因此, 有效的松弛时间为τ*=τ+τt, 可见流场中松弛时间不再是恒定值, τ*随局部流动变量的改变而改变. 与τ*对应的有效黏性γ*为γ*=γ+γt=(2τ*-1)/6, 其中: γ=(2τ-1)/6是层流黏性; γt=(2τt-1)/6是湍流黏性. 如果已知γt, 则可得到τt, 从而即可得到τ*. 在Smagorinsky模型中, 湍流黏性γt由应变率张量和滤波尺度Δ确定. Smagorinsky涡黏模型为γt=(CsΔ)2|S|, 式中: CS 为涡黏系数;LBM计算应变率张量Sij不需求解速度场导数, 可直接由非平衡态分布函数的二阶矩Qij得到, 对于D2Q9模型, 式中进而可确定有效的松弛时间τ*.在边界处, 本文将反弹(bounce-back)边界条件与内插法相结合给出一种易于执行的二阶精度边界处理方式[5], 利用动量转换法计算了翼型表面所受的合力F′[6], 无量纲阻力系数CD和升力系数CL定义为：其中,和分别是F′在x方向和y方向的分量.在一个1 000δx×400δx的流场内放置一个弦长为l=100δx的翼型NACA 0012, 如图1(A)所示, 其攻角β=20°, u∞=0.1, CS=0.1, Re=2.4×105. 翼型表面由条状电极和磁极交错排列的激活板包覆着, 电介质流体受到的电磁力(Lorentz力)如图1(B)所示, 取l/h=8.图2(A)和(B)分别给出了阻力系数和升力系数随攻角β的变化曲线. 由图2可见, 结果与标准翼型数据库Profili的NACA 0012的数据吻合得较好, 失速角(攻角)和最大升力处都接近12°. 图3为β=20°在N=0, N=2×10-2情况下的流线, 左侧为来流入口, 电磁力方向与流体流动方向一致. 图3(A)给出了N=0时(即无电磁场作用时)的流线图, 在翼型上弦表面流体因逆压梯度作用而出现流体分离, 从而形成旋涡和尾流涡街. 由图3(B)可见, 当N=2×10-2时, 在电磁力作用下, 流体沿翼型表面向其尾部流动, 分离点及流体分离线消失, 尾部的涡街被消除, 在翼型下游形成典型的射流型尾流, 从而使翼型表面的流动分离得到很好抑制, 实现了消涡减阻的目的.图1 20°攻角的翼型NACA 0012(A)及电极板和磁极板包覆的翼型表面(B)Fig.1 NACA 0012 airfoil at an angle attack of 20° (A) and the electrodes and permanent magnets mounted on the hydrofoil surface (B)图2 阻力系数CD(A)和升力系数CL(B)随攻角β的变化曲线Fig.2 Drag (A) and lift coefficient (B) for the NACA 0012 versus angle of attack图3 N取不同值时的流线Fig.3 Streamlines for different interaction parameter N参考文献【相关文献】[1] ZHANG Hong-jun, SU Zhong-di, Zhou Y. Wandering Problem Problem in the Wind Tunnel Studies of Wing-Tip Vortics [J]. Journal of China Institute of Metrology, 2003, 14(4): 245-250. (张洪军, 苏中地, Zhou Y. 翼梢涡风洞研究中的摆动问题 [J]. 中国计量学院学报, 2003, 14(4): 245-250.)[2] Weier T, Gerbeth G, Mutschke G, et al. Control of Flow Separation Using Electromagnetic Forces [J]. Flow, Turbulence and Combustion, 2003, 71(1/2/3/4): 5-17. [3] Mutschke G, Gerbeth G, Albrecht T, et al. Separation Control at Hydrofoils Using Lorentz Forces [J]. European Journal of Mechanics B: Fluids, 2006, 25(2): 137-152.[4] GUO Zhao-li, ZHENG Chu-guang, SHI Bao-chang. Discrete Lattice Effects on the Forcing Term in the Lattice Boltzmann Method [J]. Physical Review E, 2002, 65(4): 046308.[5] MEI Ren-wei, YU Da-zhi, Shyy W, et al. Force Evaluation in the Lattice Boltzmann Method Involving Curved Geometry [J]. Physical Review E, 2002, 65(4): 041203.[6] SHI Wei-ping, ZU Ying-qing. Evaluation of Fluid Acting Force on the Curve Boundary in the Lattice Boltzmann Method [J]. Journal of Jilin University: Science Edition, 2005, 43(2): 132-136. (施卫平, 祖迎庆. 用Lattice Boltzmann方法计算流体对曲线边界的作用力 [J]. 吉林大学学报: 理学版, 2005, 43(2): 132-136.)。
基于Lattice-Boltzmann方法的多孔介质真空绝热特性
基于Lattice-Boltzmann方法的多孔介质真空绝热特性阚安康;吴亦农;徐志峰;张安阔;王为【摘要】作为真空绝热板的芯材,多孔介质微尺度空间形貌结构及物性参数对其绝热性能影响较大.为研究多孔介质真空下的导热性能,选择颗粒状、纤维状和泡沫状3种典型多孔介质材料,并基于Lattice-Boltzmann(LBM)提出了一种随机构造多孔介质物理模型的方法.模型中重要参数结合多孔介质电镜扫描图像处理获取.采用D3Q15 LBM模型进行数值模拟,并分析了真空度及颗粒/纤维/泡孔等效直径对导热系数的影响规律.模拟与实验的对比结果揭示了多孔介质真空下的导热系数随真空度及多孔介质物性参数的变化规律.%As the core material of the vacuum insulation panel,micro structure and physical properties of porous materials have great influence on the thermal insulation performance.To study the thermal con-ductivity of porous material under vacuum condition,three typical porous materials,that is,granular, fibrous and foamy materials are involved in this paper,and a physical model based on the Lattice-Boltz-mann method (LBM)is proposed.The key parameters of the model are obtained by scanning electron microscope image from real porous materials.Numerical simulation and analysis are made to study the influence of the vacuum degree and the equivalent diameter of the particles/fiber/cell hole versus thermal conductivity by D3Q15 model based on parison of simulation and experimental results ex-plores the principles of the thermal conductivity variation versus physical properties and vacuum degree. The work is significant to optimize thestructure of core materials and to improve the accuracy of effec-tive thermal conductivity prediction.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2017(049)001【总页数】7页(P17-23)【关键词】真空绝热板;多孔介质材料;Lattice-Boltzmann方法;导热系数;真空度【作者】阚安康;吴亦农;徐志峰;张安阔;王为【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083;上海海事大学商船学院,上海,201306;中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083;上海海事大学商船学院,上海,201306;中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083;上海海事大学商船学院,上海,201306【正文语种】中文【中图分类】TK121真空绝热板(Vacuum insulation panel, VIP)以其导热系数极低、质轻、厚度小等诸多优点，而被广泛应用于家用电器、冷藏运输、建筑等领域[1-6]。
多图形处理器上Lattice-Boltzmann方法的加速
多图形处理器上Lattice-Boltzmann方法的加速1. 引言介绍Lattice-Boltzmann方法（LBM）及其在流体动力学领域的应用，并指出目前计算规模的挑战和图形处理器（GPU）的出现提供的解决方案。
2. 相关工作介绍过去对LBM在GPU上的应用研究情况，并总结其存在的问题及局限性。
3. 方法详细阐述LBM在GPU上的加速实现方法，包括算法设计、代码实现以及优化策略等。
4. 实验结果设计一组实验，对比CPU和GPU在运行LBM时的性能表现，并介绍LBM在GPU上加速的效果，如运行速度、计算精度等。
5. 结论对实验结果进行总结和分析，并指出目前研究中存在的问题的和未来的研究方向，以及GPU在其他科学计算领域的应用前景。
第1章节：引言近年来，计算机模拟成为研究流体力学问题的主要方式之一，而Lattice-Boltzmann方法（LBM）作为一种流体动力学模拟方法在数值模拟中得到了广泛的应用。
LBM是一种基于格点上的微观流体学模型，其本质是一种概率统计方法，能够很好地模拟分布式碰撞事件中的流场分布，并且能够消除格点布尔兹曼方程中的宏观耗散项。
然而，由于LBM在计算规模上的复杂性，使得其在优化和加速方面受到巨大挑战。
随着GPU的出现和发展，研究人员开始将GPU引入计算流体力学领域，以加速LBM的计算。
相比于传统的中央处理器（CPU），GPU具有大量的处理器核心和并行计算的优势。
而且，GPU的内存访问速度远远高于CPU，在数据并行处理上有更高的效率。
因此，将LBM方法与GPU相结合，可以更快速地进行流场计算，也可以更高效地利用现代计算硬件。
本论文将研究LBM在GPU加速方面的实现方法、优化策略，以及性能提升等方面进行探讨。
本文将从引言、相关工作、方法、实验结果和结论等五个方面进行介绍。
本文的主要贡献有：1. 提出了一种针对不同场景下的LBM计算优化算法，包括GPU加速和优化内存访问等方法；2. 设计了一组实验，评估了GPU加速LBM方法的效果，证明了GPU在LBM模拟加速方面的可行性；本论文的结构安排为：第一章，简要介绍LBM方法在计算流体力学领域的重要性和现状。
多相和多组分流动中热质传递的lattice boltzmann方法的数值研究
多相和多组分流动中热质传递的lattice boltzmann方法的
数值研究
近年来，随着先进计算方法和新型计算机技术的发展，多组分流体传热传质问题的计算技术得到了极大的改善。
Lattice Boltzmann
方法是求解多组分流体传热传质的一种新型非经典数值模拟技术，它以一种显式的方式描述了流体的传播行为，是一种有效而简单的工具。
本文采用Lattice Boltzmann方法，研究多相和多组分流动中热质的传递。
首先，本文介绍了Lattice Boltzmann方法的原理，并详细讨论了Lattice Boltzmann方法的优点和特点，以及它与其他常用数值模拟技术（如Finite Difference Method）之间的对比。
其次，本文以多相和多组分流动为研究对象，建立了流体传热传质方程，并给出了Lattice Boltzmann方法求解该方程的数值模拟流程。
同时，研究了温度场的影响和流体组分的相互作用对热传递的影响，以及多组分流体中传质现象的数值模拟。
最后，本文在真实流动情境中进行了仿真，并根据计算结果进行了分析。
结果表明，Lattice Boltzmann方法能够有效地模拟多相和多组分流动中热质传递的过程，是一种理想的数值模拟方法。
本文的研究旨在为多组分流体热传导物理过程的模拟提供参考，为加强热传递的研究和理解提供决策支持。
未来的研究将不断改进Lattice Boltzmann方法，以更高的精度来模拟更复杂的多组分流体传热传质过程。
总之，Lattice Boltzmann方法是一种有效的多相多组分流动中热质传递的数值模拟方法，具有精度高、计算量小、使用方便等优点，可以应用于工程实践中。
并列双方柱绕流的LatticeBoltzmann模拟分析
第25卷第2期应用力学学报Vo l.25No.2 2008年6月CHINESE JOURNAL OF APPLIED MEC HANIC S Jun.2008文章编号:1000-4939(2008)02-0192-06并列双方柱绕流的Lattice Boltzmann模拟分析*饶勇倪玉山刘超峰(复旦大学200433上海)摘要:采用Lattice Boltzmann方法对并列双方柱绕流问题进行数值模拟。
对方柱间距比s/D=012、013、014、015、110、114、115、116、118、210、215共11种情况下的流场分别进行计算,给出了对应的流线图、方柱的升力图及阻力图,同时计算了方柱各边中点的压力,给出了压力与间距比的变化曲线,并对各个流线图、升力图、阻力图及压力图进行了分析讨论。
结果表明:当s/D[115时,流动呈偏流型,形成周期漩涡;当s/D>115时,流动呈对称型,形成对称漩涡;s/D=115为流动从偏流型向对称型转换的临界间距比。
该结果对工程中建筑物位置的安排及其安全系数的提高有一定的参考价值。
关键词:Lattice Bo ltzmann;方柱绕流;流场模拟;间距比中图分类号:O35711文献标识码:A1引言随着人口不断增加,地面日渐拥挤,高层建筑越来越多,风力对高层建筑有什么影响,如何保证高层建筑在各种恶劣气候条件下的安全是建筑设计师必须重视的问题。
对此问题除进行广泛的实验研究外,人们还借助高速发展的计算机进行数值模拟。
高层建筑的形状多为柱体,所以对柱体绕流进行数值模拟有重大的工程意义。
目前国内外已有这方面的文章发表,如程维贤、赖国璋[1]用有限元模拟单方柱和串列双方柱绕流;陈素琴等[2]用MA C方法模拟两并列方柱绕流;魏英杰等[3]用大涡方法模拟两并列方柱绕流,并对其进行频谱分析;Tetsuro Tamura,Yoshiy uki Ono[4]用LES分析湍流中柱体空气弹性变形的稳定性;Panayio tis Koutmos,De-m osthenes Papailion,Andrw eas Bakrozis[5]对方柱尾流进行实验和计算研究。
应用Lattice Boltzmann方法数值模拟顶盖驱动流
ＴＡＮ ｕ ｎ Ｉ Ｙ ａ ， ，Ｐｉｇ ， Ｎ ， ｎ Ｌ４ Ｋｅ ＨＵ Ｐａｎ一 ｎ ｇ
（ ｈｎ ｑｎ ｎｖｒ ｔ ｏ ｃ ｎｅ＆ Ｔ ｃ ｎｌ ｙ ｈｎ ｑｎ ０ ３ １ １Ｃ ｏｇ ｉｇＵ ｉ ｓｙ ｆ ｉ ｃ ｅ ｉ Ｓ ｅ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ｏｇ ｉｇ １３ ； ｏ ４
４Ｇ ｓＰｏ ｕｔ ｎａ ｄＴａ ｓ ｉ ｉ ｐ ｒｔ ｎＡ ｅ ， ｈ ｎｑｎ ０ ０ ０， ｈｎ ） ａ ｒ ｃ ｏ ｎ ｒｎｍ ｓ ｏ Ｏ ｅａｏ ｒａ Ｃ ｏ ｇ ｉ ４ ０ Ｃ ｉａ ｄ ｉ ｓｎ ｉ ｇ４
Ａｂ ｔ ａ ｔ ａｔ ｅ Ｂ ｈ ｍａ ｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ａ ｎ ｗ ｔ ｅ ｒ ｅ ｅｏ ｅ ｎ ｒ ｃ ｎ ｅ ｒ ．Ｔ ｉ ｍｅｈ ｄ ｉ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ Ｋｉ ｅｉ ｓｒ ｃ ：Ｌ ｔ ｃ ｏ ｚ ｎ ｔ ｏ ｓ ｅ ｏｙ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｉ ｅ ｅ ｔ ａ ｓ ｈ ｓ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｎ ｔ ｉ ｈ ｙ ｓ ｈ ｃ
关 键 词 ： ｔ ｅ ｏｚａｎ ａ ｉ Ｂ Ｌ ｔ ｈｍ ｎ 方法 ； ｃ 数值模拟 ； 顶盖驱动；Ｇ Ｂ Ｋ碰撞模型 ；２ ９ Ｄ Ｑ 模型
Ｔｈ ａ ｆＳ ｍ ｕ ａ ｉ ｇ Ｃａ —ｄｒｖ ｎ Ｆｌ ｗ ｔ ｔｉｅ Ｂｏｔ ｍ ａ ｎ Ｅｑ ａ ｉ ｎ ｅ Ｗ ｙ ｏ ｉ ｌ ｔｎ ｐ — ｉ ｅ ｏ ｗｉｈ Ｌａ ｔｃ ｌｚ ｎ ｕ ｔｏ
基于被动标量格子Boltzmann方法的翼型绕流数值模拟
布 函数和碰撞处理 ， 并在一般坐标系下完成迁 移过 程的插值。 固壁边界条件采用无滑移边界条件 ， 拟 了雷诺数为 ６ ０ ， 模 ０００ 攻 角分别为 ０度和 ８ 状态下的 Ｎ Ｃ ０ １ 度 Ａ Ａ ０ ２翼型绕流。其翼型表 面流线 图和压力云 图分布结果均 与 Ｄ Ｑ ２ ｌ ９模型结果 吻合较好 ， 证 明该方法能够很好 的模拟低速翼型 的绕流。并且， 在方程 中加入等离子体激励器简化 的作 用力模型 ， 步达 到带攻角下流 初 动分 离的控制效果 ， 明 了该方 法在 带有体积力项流动的数值模拟方面的优 良特性。 证 关键词 格子 Ｂ ｌｍ ｎ ｏｚ ａｎ ｔ 被 动标量 法 翼型绕流 流动控制
２１ ０ １年 ２月 １ ３日收 到
１ 数 值 方 法
离散 速 度 矢 量 Ｃ 小 与 方 向 （９５ ）女 ， １８ 一 ， 陕西咸 阳人， 硕士研究生 ， 研
（ 代 表某一 时刻 位置 处 各离 散 方 向上 粒 子 ，） 运 动的概率 ， 即粒子密 度分布 函数 。
第ｌ卷 １
第 １期 ３
２ １ 年 ５月 ０１
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ １ Ｉ Ｎ ． ３ Ｍａ ０ １ ｏ． Ｉ ｏ １ ｙ２ １
ｌ７ — １ １ （Ｏ ）３ ２９ －５ ６ １ ８５ ２ ｌ １—９ ００ Ｉ
Ｓ ｉｎｃ ｃ ｎｏｏ ｙ ａ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｃ ｅ ｅＴｅ ｈ ｌｇ ｎｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
似， 二者 通过 动量方 程 中的力 项耦 合 在 一起 进行 求 解 。这 里不考虑 温 度 的影 响 ， 采用 合 适 的密 度分 布 函数 和碰撞 处理 ， 在一 般 坐标 系 下 完成 迁移 过 程 并
水平偏心环形空间内自然对流换热的LBM数值分析
2工业技术1 引言 偏心水平环形空间中的自然对流问题广泛出现在工程技术和实际应用中，对偏心环形空间中的自然对流换热机理的研究具有重要的现实意义。
例如，目前的城市地下输电电缆在穿过道路等特殊地段时，通常将电缆搁置于埋藏在泥土中的高强度圆形护管内，对其进行保护。
此时，电缆与圆形护管间将形成一个水平偏心环形空气层，其间将产生自然能对流换热[1]。
换热器中圆管与外部壳体间也会出现类似的偏心水平环形液体层，其间的换热也是典型的水平偏心环形空间自然对流问题[2]。
本文采用贴体坐标下的格子Boltzmann 热模型对水平偏心环形空间中的自然对流换热进行数值分析，该方法将通用的插值格子Boltzmann 方法[3]（GILBM）与标准的热格子模型[4]（CLBGK）相结合，在计算具有大曲率物理边界的传热问题方面，与标准的热格子Boltzmann 方法相比，其边界描述更精确、计算效率也更高。
2 计算方法 贴体坐标下的热格子Boltzmann 模型包括两组演化方程：速度场演化方程和温度场演化方程。
参考通用的插值格子Boltzmann 方法模型的建立过程，需要将两组演化方程分解成碰撞和迁移两部分，首先介绍一下碰撞过程的演化方程： 式中， 和分别为函数；是流体粒子所处位置的矢量坐标；为时间；和 为无量 速度场迁移方程： （3） 温度场迁移方程：（4） 式中，为迁移距离；为时间步长； ， ，由它们来确定插值节点；为符号函数；和是插值系数。
插值系数计算方法可参考Li 和Feng 等[5]的文献。
为了建立温度场与速度场之间的联系，参照耦合的格子BGK 模型的3 水平偏心圆环自然对流传热数值分析3.1 物理模型建立 为了模拟水平环形空间中的自然对流，本文以空气为介质填充于环形空间中，取空气的普朗特数。
水平偏心圆环的物理模型如图1所示：内圆和外圆半径分别为 =5cm，=13cm；内圆偏心水平偏心环形空间内自然对流换热的LBM 数值分析吕双双1,周 训2（1.广州泰阳能源科技有限公司,广州 510000;2.大连理工大学能源与动力学院,辽宁 大连 116000）摘 要：在水平偏心环形空间中填充普朗克数为0.71的空气时，采用贴体坐标下的格子Boltzmann 热模型，对其间产生的自然对流换热现象进行数值分析，并获得环形空间中的速度与温度分布，为换热器中圆管与流体间热交换以及电缆在圆护管中散热情况提供了清晰的数值解析，为换热器结构优化以及电缆护管尺寸选择提供了科学依据。
水滴在翼型绕流流场中的运动变形过程的数值模拟研究
水滴在翼型绕流流场中的运动变形过程的数值模拟研究全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：引言水滴是液体微粒在空气中的悬浮状态，其在大气中的运动对于大气环境和气象学有着重要的影响。
在空气动力学中，翼型是一种特殊的气动体，具有特定的气动特性和流场结构。
水滴在翼型绕流流场中的运动变形过程对于理解翼型气动特性和研究细颗粒物在空气中的燃烧、传播等过程具有重要意义。
本文将从数值模拟的角度出发，研究水滴在翼型绕流流场中的运动变形过程。
一、研究背景水滴在气流中的运动受到多种因素的影响，如空气动力学力、表面张力、惯性力等。
而在翼型绕流流场中，由于气流速度梯度、流场湍流性等因素的作用，水滴的运动变形将会更加复杂。
通过数值模拟的方法，可以较为直观地观测水滴在翼型绕流流场中的细节运动过程，为深入理解水滴在气流中的行为提供有力支持。
二、数值模拟方法本文采用计算流体动力学（CFD）方法，通过数值模拟模拟翼型绕流流场中水滴的运动变形过程。
具体而言，我们将建立翼型绕流流场的数学模型，考虑到不可压缩流体和水滴的运动方程，并结合有限体积法对其进行求解。
我们还将考虑表面张力、惯性力等因素的影响，以更准确地模拟水滴在翼型绕流流场中的运动行为。
三、结果分析经过数值模拟计算，我们得到了水滴在翼型绕流流场中的运动变形过程。
在翼型前缘附近，水滴将受到气流的冲击，导致水滴形状发生变化。
而在翼型后缘处，由于气流的变速度和湍流性，水滴的运动路径将更加复杂。
我们还观察到水滴在运动过程中产生的飞溅现象，进一步说明了水滴在翼型绕流流场中的运动特性。
四、结论与展望本文通过数值模拟研究了水滴在翼型绕流流场中的运动变形过程，揭示了水滴在气流中的复杂运动行为。
通过模拟分析，我们可以更加深入地理解水滴在翼型绕流流场中的运动特性，为翼型气动特性和细颗粒物在空气中的行为研究提供重要的参考。
未来，我们将进一步完善数值模型，探索不同条件下水滴在翼型绕流流场中的运动特性，为相关领域的研究提供更多的依据和支持。
Lattice-Boltzmann两种非均匀网格算法及其对突扩流的模拟
Lattice-Boltzmann两种非均匀网格算法及其对突扩流的模拟姚熊亮;朱永凯;张阿漫;杨树涛【摘要】给出了Lattice-Boltzmann方法两种非均匀网格算法(即区域分裂方法和坐标变换方法)及计算步骤.对典型的突扩流问题进行了模拟分析,将所得结果与均匀网格进行比较分析.并对两种非均匀网格算法对流场模拟时进行了比较分析.区域分裂方法的优点在于区域划分过程灵活,对结构形状的要求低.坐标变换方法的优点在于只要对区域建立起合适的曲线坐标,计算过程简单,更节省时间.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2009(004)002【总页数】5页(P15-19)【关键词】非均匀网格;Lattice-Boltranann方法;突扩流;算法【作者】姚熊亮;朱永凯;张阿漫;杨树涛【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】O35Lattice-Boltzmann方法（LBM）［1］是20世纪80年代中期提出研究流体流动的一种新方法，其基本理论来源于Lattice气动机。
与以往宏观连续方程的离散化为基础的传统数值方法不同，Lattice-Boltzmann方法不是对宏观的连续方程离散化，而是基于微观的动力学模型，通过简单的众多粒子的微观上的行为给出宏观上的动力学方程。
在应用Lattice-Boltzmann方法时由于受到网格划分的限制，非均匀网格［2］的Lattice-Boltzmann方法越来越受到人们的重视。
目前已经有几种非均匀的Lattice-Boltzmann模型，本文将对下面两种非均匀网格方法进行介绍。
第一种方法是将流场划分为几个子区域，在每个子区域使用均匀网格的Lattice-Boltzmann模型，在每个子区域上使用均匀网格的计算方法对Lattice-Boltzmann模型进行求解，在子区域相连的地方采用嵌套边界的方法进行处理，使整个流场相互联系起来，从而达到对流场进行模拟。
基于LBM方法的方柱绕流数值计算
基于Boltzmann方法的方柱绕流数值模拟张华（武汉理工大学 1049721101590）摘要：基于格子Boltzmann方法( Lattice Boltzmann Method，LBM) ，本文对在较高Re数下的方柱绕流问题进行了数值模拟。
给出了正方形柱体在一定攻角下的流线图。
在较低Re数下数值结果较好，高Re数下，数值计算呈现不稳定性。
关键字：格子Boltzmann方法；方柱绕流；数值模拟； D2Q9模型Boltzmann Method Based On Numerical Simulation OfFluid Flows Around Square CylinderHua Zhang（WHUT 1049721101590）Abstract: Based on the lattice boltzmann method (LBM), this paper simulated the problem of fluid flows around squares in higher Re number. And it is showed stream line chart of the square in a certain angle of attack. As a result, the numerical results in lower Re number are more better then that in higher Re number.Key words: lattice boltzmann method； Flow around a square cylinder； numerical simulation； D2Q9 model1 引言模拟流体运动的CFD数值计算方法主要有两种:(l)从宏观角度出发,基于连续介质假设,采用数值计算方法,求解Euler方程或N-S方程;(2)从微观角度出发,采用分子动力学的方法,对流动进行数值模拟[1]。
可压缩机翼绕流的数值模拟及其稳定性分析
可压缩机翼绕流的数值模拟及其稳定性分析贲安庆;窦华书【摘要】运用数值模拟的方法分别模拟了马赫数为0.5、攻角为3和8的可压缩的机翼绕流流动,同时研究了马赫数为0.75、攻角为1.5,5和8的具有激波的可压缩流动机翼绕流,模拟结果与实验数据符合良好.采用能量梯度方法分析了流体流动的稳定性,研究发现:Spalart-Allmaras湍流模型能够准确反映出可压缩机翼绕流流动的流场特性;对于未产生激波的可压缩机翼绕流,背风的一侧首先发生失稳,且在机翼前端的上缘首先发生失稳;对于具有激波的机翼绕流,激波处的能量梯度最大,首先发生失稳.【期刊名称】《浙江理工大学学报》【年(卷),期】2015(033)005【总页数】7页(P675-681)【关键词】可压缩;数值模拟;机翼绕流;能量梯度法;稳定性【作者】贲安庆;窦华书【作者单位】浙江理工大学机械与自动控制学院,310018杭州;浙江理工大学机械与自动控制学院,310018杭州【正文语种】中文【中图分类】O355绕流流动现象是流体力学的经典研究课题之一[1],也是众多理论分析、数值模拟以及实验研究的对象[2-3]。
它广泛存在于自然界中,如河水绕过桥墩、风吹过建筑物和空气绕过飞机等;还大量出现在实际问题中,如水流对渡槽槽墩、桥梁、海洋钻井平台支柱、海底输运管线、桩基码头等[1,4-5]。
尽管对这一现象的研究已经有一个多世纪,但是直到现在仍是流体力学中的一项艰巨挑战[6]。
众所周知,层流绕流时,流体产生的摩擦阻力相对于湍流绕流要小的多。
在机翼绕流中,层流绕流极大地减少了能源消耗,因而机翼绕流现象一直受到国内外研究学者的广泛关注。
由此产生的层流控制技术(LFC),其主要目的是通过各种手段调控机翼周围的流体使其处于或者保持为层流状态[7]。
而实现流体控制技术的前提,是首先判断出流体所处的状态,并找出流场中最容易首先发生失稳的位置或者流体失稳后最不稳定的位置,从而加以调控。
基于自适应笛卡尔网格的翼型绕流数值模拟
基于自适应笛卡尔网格的翼型绕流数值模拟韩玉琪;崔树鑫;高歌【摘要】基于自适应笛卡尔网格方法求解Euler方程,结合浸入式边界方法解决小切割网格单元的时间步长限制问题,对NACA0012翼型的两种流动状况进行了数值模拟;并与AGARD的理论解和结构网格解进行了对比.结果表明:自适应笛卡尔网格方法在较少的网格量上得出的计算结果与AGARD结果吻合的很好,能够有效模拟二维翼型绕流问题,表明该网格方法具有进一步扩大应用范围的前景.%Adaptively-refined Cartesian-mesh approaches for the computation of Euler equations were introduced , immersed boundary method was employed to relieve the time step restriction of small cut cell, and two flows around NACA0012 airfoil were simulated and compared with theoretical and structured mesh results provided by AGARD. The results achieves from less number of mesh cells show good agreement with the published data by AGARD and flows around 2D airfoil are efficiently simulated, which show prospective applications in much more fields.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)010【总页数】5页(P2891-2895)【关键词】自适应;笛卡尔网格;翼型;数值模拟【作者】韩玉琪;崔树鑫;高歌【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室,北京100191【正文语种】中文【中图分类】V211.3目前，网格生成工作在Computational Fluid Dynamics(CFD)的计算任务中大约占60%的人力时间。
基于多GPU的格子Boltzmann法对槽道湍流的直接数值模拟
基于多GPU的格子Boltzmann法对槽道湍流的直接数值模拟许丁;陈刚;王娴;李跃明【期刊名称】《应用数学和力学》【年(卷),期】2013(34)9【摘要】采用多GPU并行的格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)对充分发展的槽道湍流进行了直接数值模拟.GPU(graphic processing unit)的数据并行单指令多线程(single-instruction multiple-thread,SIMT)特征与LBM完美的并行性相匹配,使得LBM求解器在GPU上运行获得了极高的性能,亦使得大规模DNS(direct numerical simulation)在桌面级计算机上进行成为可能.采用8个GPU,网格数目达到6.7×107,全场网格尺寸Δ+=1.41.模拟3×106个时间步长,用时仅24 h.另外,直接模拟结果无论是在平均流速或湍流统计量上均与Moser等的结果吻合得很好,这也证实了二阶精度的格子Boltzmann法直接模拟湍流的能力与有效性.【总页数】9页(P956-964)【关键词】格子Boltzmann法;多GPU并行;槽道湍流;直接数值模拟(DNS)【作者】许丁;陈刚;王娴;李跃明【作者单位】西安交通大学航天航空学院,机械结构强度与振动国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TB126;O351【相关文献】1.变比热真实气体效应的高超声速槽道湍流直接数值模拟 [J], 陈小平;李新亮;樊菁2.低磁雷诺数不可压缩磁流体槽道湍流电场相关特性的直接数值模拟 [J], 陈智;张劲柏;李椿萱3.基于CPU/GPU异构系统架构的高超声速湍流直接数值模拟研究 [J], 党冠麟;刘世伟;胡晓东;张鉴;李新亮4.基于CPU/GPU异构系统架构的高超声速湍流直接数值模拟研究 [J], 党冠麟;刘世伟;胡晓东;张鉴;李新亮5.基于OpenFOAM的槽道内液态金属湍流换热直接数值模拟 [J], 童彦钧;吴应杰;赵后剑;牛风雷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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行 了数值模 拟 ， 对五 个不同位 置的边界 层速度型与基 于有限体积 法的 Ｃ Ｉ Ｄ程序的 结果进行 了比 Ｆ＿ ３ 较 。结果表 明 。 两种 方法 的计 算结果一致。改进 后的 Ｌｔｃ —Ｂ ｌｍａｎ方法适 用于曲边边界 ， ａ ｔ ｅ ｏｚ ｎ ｉ ｔ 非均
匀网格 。 同时对计算速度 影响不 大。Ｌ ｔｃ ａ ｔ ｅ—Ｂ ｌｍａｎ方法计算较 简单 ， ｉ ｏｚ ｎ ｔ 因而用 Ｌ Ｂ方 法来模 拟翼
收稿 日期 ：０６－ － ２０ ０ ８ －， 重庆市人 ， 硕士研 究生， 研究方 向为计算流体力学性能计算。
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航 空 计 算 技 术
第３ ６卷 第 ３期
Ｌ Ｍ描 述 运 动 包 括 两 部 分 ： 撞 和迁 移 。ａ Ｂ 碰 ．碰 撞 。 当不 同 速 度 粒 子 到 达 同 一 格 点 时 ， 子 会 根 据 粒 Ｂ Ｋ碰撞模 型的法 则 ， 变 自己 的粒子 分 布 函 数 。ｂ Ｇ 改 ．
＝ｃ
并且 ， 平衡 分布 函数定 义 为 ：
（＝【 ＋ 一】 ｘ 蒡 ， ＋ ｔ ）
（） ３
Ｇ ｌ ｋｎ有 限 元 方 法 的 离 散 Ｂ ｌｍａｎ方 程 （ Ｇ — ａ ｒｉ ｅ ｏｚ ｎ ｔ Ｃ Ｄ Ｂ 都 可 以给 出较 好计 算结 果 而不 会 产生 过 多 的数 Ｅ） 值耗 散 。在 ＩＬ Ｍ 中 ， ＳＢ 计算 平 面与 物理 平 面 之 间转 换
摘 要： 将通过物理平面的结构化 ｃ型 贴体 网格 变换到 计算平面的均 匀正 交网格 ， 引入 非均 匀网格
插 值 方 法 ， 用基 于 Ｌ ｔｃ —Ｂ ｈ ｍ ｎ 采 ａｉ ｔ ｅ ｏ ｚ ａｎ方程 的 Ｄ Ｑ ２ ９模 型 ， 低 雷诺 数 下 的 Ｎ Ｃ ０ １ 对 Ａ Ａ ０ ２翼 型 绕 流 进
［０Ｃ， ， ， ， ， ， ， ］ Ｃ， Ｃ Ｃ Ｃ Ｃ Ｃ Ｃ Ｃ ｌ２ ３４５ ６７ ８
格必须采用均匀直角网格 的缺陷【 ： ｌ 在需要高精度求 Ｊ 解的局部区域建立较好 的细化直角网格或者采用贴体 网格 ．。Ｐｗ ｒＬ ｗ 软件 就 是 采用 前 一 种 方法 。后 ３ ０ｅＦ ｏ Ｊ
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其中， ＝ ／ 为声速。 ｃ ｃ
松 弛时 间与雷 诺数有 关
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修订 日期 ：０ ６０ － ２０ －４３ ０
（ １ ）
丁：Ｒ
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其 中， 为远场速度 ， 为特征长度 。
基 于 Ｌｔｃ ｏ ｚ ｎ ａ ｉ Ｂ ｈｍａｎ方 法 的 翼 型 绕 流 数值 模 拟 ｔｅ
张 勇 ， 诚 文 钟
（． １ 西北 工 业大学 航 空 学院 翼型 、 叶栅 空 气动力 学 国 防科 技 重点 实验 室 ， 西 西 安 ７ ０７ 陕 １０２；
２ 中国人 民解放 军 ９ ２ ５部 队 ， 西 柳州 ５ ５ ０ ） ． ６１ 广 ４０ ０
者可 以进行 曲边 边 界 外 形 的流 动模 拟 ， 常用 的插 值 补
充 Ｌ ｔｃ ｏ ｚ ａ ｎ 方 法 （ Ｓ Ｂ 和 基 于 特 征 ａｉ Ｂ ｌｍ ｎ ｔｅ ｔ ＩＬ Ｍ）
一 １ 一—１一 二（ ０ 二 １２ 【㈨ ０ １ ０ １ 】） 一 １Ｊ
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第３ ６卷
第 ３期
航 空 计 算 技 术
Ａ ｒ ｎ ｕ ｉ ａ ｏ ｕ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ｅ ｏ ａ ｔ ｌＣ ｍｐ ｔ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｃ ｉ
Ｖ０． ６ Ｎｏ ３ １３ ． Ｍ ａ ．Ｏ ６ ｖ２ Ｏ
２０ ０ ６年 ５月
引 言
近年来 ，ａｉ ｏｚ ａｎ方法 （ Ｂ 作 为一 种 很 Ｌｔｃ Ｂｌｍ ｎ ｔｅ ｔ Ｌ Ｍ） 有潜力 的计 算 流体 力 学 方 法 引起 了人 们 极 大 地 关 注 。 目前 ，Ｂ 在 多相 流 、 学 反 应 扩散 、 孔 渗 流 、 子 ＬＭ 化 多 粒 悬 浮流 、 流体 力 学 等相 关 领 域 也 得 到 了 比较 成 功 的 磁 应 用 。 目前有 两种 方 法 可 以 克服 早 期 Ｌ Ｍ 的计 算 网 Ｂ
６ ７ ＝ ８ ／３ ｏ ＝１ ６
其 中，０ ４ ， ＝ ＝ ＝ ＝１ ，５ ＝ ／９ ｌ ２ ３ ４ ／９ ＝ 宏观变量， 例如密度与动量可 以由分布 函 数得到：
关系都必须用解析函数表示出来。这种限制极大地制 约了其在工程实践 中的应用。作者引入通用的插值 补 充 Ｌｔｃ ｏｚ ａｎ方法 （ Ｉ Ｍ） ， ａ ｔ ｅ ｌｍ ｎ ｉ Ｂｔ ＧＬ Ｂ … 实现 了翼型 低
型绕流是一种新的选择 ， 并可应用于更复杂的低 雷诺数流动 中。
关 键 词 ： ｔｃ ｏｚ ａｎ ａ ｉ Ｌ ｔ ｅＢ ｌ ｍ ｎ ；非 均 匀 ；贴体 网格 ；低 雷诺 数 ；翼 型 ｔ
中图分类号 ：２ １３ Ｖ １ ．
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ １ ５ Ｘ（０６）３０ ｌ － １７ － ４ ２ ０ ０ －１ １ ４ ６ ０
雷诺数 绕 流数 值 模拟 。
Ｐ ∑ ， ＝ Ｚ ＝ ｐ Ｘ ｃ ｕ
格点上的压强通过密度来求解 ：
（） ４
（） ５
ｌ 数 值 方 法
采用基 于 Ｂ Ｋ碰撞 算子 的 ９位 不可 压 Ｌｔｃ ｏ Ｇ ａ ｔｅＢ — ｉ ｈｍ ｎ 型 。其 系统演化 方 程如 下所示 ： ｚ ａｎ模 （ ＋ｃ ￡ｔ Ａ ）－，ｘｔ ，＋ ｔ ｆ（ ， △ ）
其中， 为粒子运动速度 ， Ｃ 向量 Ｃ 为离散速度
（ ｔ和 ，） （ ｔ分别 为对 应 ｃ 的分 布 函数 和 ，） ｉ 平衡 分 布 函数 ，￡ 时 间 步 长 ， 松 弛 时 间 。 △ 为 丁为 在 ９位不 可压 Ｌｔｃ ｏｚ ａｎ模 型 中 ， ａ ｔｅＢ ｌｍ ｎ ｉ ｔ 离散 速 度 向量 定义 如下 ：