通道中串列旋转圆柱的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟

计算物理 ›› 2010, Vol. 27 ›› Issue (3): 381-388.

通道中串列旋转圆柱的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟

聂德明^1,2, 郭晓辉², 林建忠^1,2

1. 浙江大学力学系, 浙江杭州 310027;
2. 中国计量学院, 计量测试工程学院, 浙江杭州 310018

收稿日期:2009-03-23 修回日期:2009-09-15 出版日期:2010-05-25 发布日期:2010-05-25
作者简介:聂德明(1979-),男,福建三明,讲师,主要从事纳米颗粒多相流的研究.
基金资助:
浙江省重大科技专项(2008C01024-4)资助项目

Simulation of Flows Around Two Tandem Rotating Cylinders in a Channel Using LB-DF/FD Method

NIE Deming^1,2, GUO Xiaohui², LIN Jianzhong^1,2

1. Department of Mechanics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;
2. College of Metrology and Technology Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China

Received:2009-03-23 Revised:2009-09-15 Online:2010-05-25 Published:2010-05-25

摘要/Abstract

摘要： 通过结合格子Boltzmann方法(LBM)和虚拟区域(Fictitiou sDomain)思想,建立格子Boltzmann-虚拟区域(LB-DF/FD)方法.采用两套网格系统,欧拉网格用于流体,拉格朗日网格用于固体.原有的LBM在计算运动固体的受力方面存在数据振荡,LB-DF/FD方法改进了此缺陷.为验证该方法,模拟圆柱绕流、圆形颗粒在无限长通道中平动及在无限大流场中转动三种情况,结果与其他数值解及理论解符合得很好.利用该方法模拟低雷诺数下通道中串列旋转圆柱周围的流场,分析圆柱间距(g)及雷诺数(Re)对流场结构的影响.给出Re=0.001,0.1和10下,0.2≤g≤8.0的流线结构、圆柱升力、阻力以及力矩等数值结果.结果表明,g对流场的结构及圆柱的受力有显著影响,Re对圆柱阻力及Stokes单元数目的影响较大.

关键词: 串列圆柱, 旋转, 格子Boltzmann方法, 虚拟区域, 数值模拟

Abstract: An LB-DF/FD method,combined with lattice Boltzmann method (LBM) and direct-forcing/fictitious domain (DF/FD) scheme,is set up for fluid-solid interaction problems.The LB-DF/FD method uses two unrelated meshes to avoid re-meshing procedure.They are Eulerian mesh for the flow domain and Lagrangian mesh for the solid domain.LB-DF/FD method overcomes fluctuations in computation of forces on solid particle in conventional LBM.The method is validated with simulation of flow past a fixed circular cylinder,a circular cylinder moving in an infinite channel or rotating in an infinite field.Flow around two circular cylinders in tandem at low Reynolds numbers is simulated by using LB-DF/FD method.Effects of spacing gap between cylinders (g^*) and Renolds number (Re) are investigated.Numerical results including streamlines,lift and drag force and torque exerted on the cylinder,at Re=0.001,0.1 and 10,0.2≤g^*≤8.0 are presented.g^* shows remarkable effect on lift and drag force and torque exerted on cylinders.Stokes cell number and drag force exerted on cylinders depend on Re.

Key words: circular cylinder, rotating, lattice Boltzmann method, fictitious domain, numerical simulation

中图分类号:

O356

聂德明, 郭晓辉, 林建忠. 通道中串列旋转圆柱的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟[J]. 计算物理, 2010, 27(3): 381-388.

NIE Deming, GUO Xiaohui, LIN Jianzhong. Simulation of Flows Around Two Tandem Rotating Cylinders in a Channel Using LB-DF/FD Method[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2010, 27(3): 381-388.

[1]	冯舒婷, 戴厚平, 宋通政. 二维空间分数阶反应扩散方程组的格子Boltzmann方法[J]. 计算物理, 2022, 39(6): 666-676.
[2]	刘利, 牛胜利, 朱金辉, 左应红, 谢红刚, 商鹏. 临近空间核爆炸碎片云运动的数值模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 521-528.
[3]	刘嘉鑫, 郑林, 张贝豪. 多孔介质方腔内双扩散自然对流熵产的格子Boltzmann模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 549-563.
[4]	吴丽媛, 张素英. 自旋相关光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的基态[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 617-623.
[5]	林品亮, 冯欢欢, 董宇红. 具有多孔介质覆面层的柱体绕流流场分析[J]. 计算物理, 2022, 39(4): 418-426.
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[7]	杜旭林, 程林松, 牛烺昱, 陈玉明, 曹仁义, 谢永红. 考虑水力压裂缝和天然裂缝动态闭合的三维离散缝网数值模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(4): 453-464.
[8]	孙梦营, 马明, 过海龙, 姚孟君, 徐猛, 张莹. 零重力点热源马兰戈尼FTM数值模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(2): 191-200.
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[10]	陈露, 高明, 梁佳, 王东民, 赵玉刚, 章立新. 润湿梯度作用下液滴在倾斜表面向上运动的格子Boltzmann模拟[J]. 计算物理, 2021, 38(6): 672-682.
[11]	魏雪丹, 戴厚平, 李梦军, 郑洲顺. 一维空间Riesz分数阶对流扩散方程的格子Boltzmann方法[J]. 计算物理, 2021, 38(6): 683-692.
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[14]	杨展康, 牛奕. 温度及围护通风对独头巷道氡浓度分布的影响[J]. 计算物理, 2021, 38(4): 456-464.
[15]	娄钦, 汤升, 王浩原. 基于格子Boltzmann大密度比模型的多孔介质内气泡动力学行为数值模拟[J]. 计算物理, 2021, 38(3): 289-300.