基于格子Boltzmann方法的平板射流大涡模拟

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。

专利名称：一种基于格子-玻尔兹曼模型的流体模拟方法专利类型：发明专利
发明人：武琛,施保昌,柴振华,赵勇,黄昌盛,汪垒,唐冲
申请号：CN201610554629.X
申请日：20160715
公开号：CN106021828A
公开日：
20161012
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于格子‑玻尔兹曼模型的流体模拟方法。

所述模拟方法包括，将多孔介质的图像网格化，用f(x,y,t)表示网格点I(x,y)处，运动速度为c的粒子所对应的粒子分布；判断粒子运动方向c是否朝向固壁边界，是则令粒子分布f(x,y,t)执行反向函数，否则对f(x,y,t)执行格子‑玻尔兹曼模型的碰撞函数，然后根据演化后的粒子分布f(x,y,t)获得流体密度ρ’(x,y)和流体速度u’(x,y)；直至满足演化结束条件。

本发明通过将多孔介质的图像网格化，并将网格中的流体离散化为运动的粒子，从而根据粒子分布f(x,y,t)获得流体密度和速度，提高了模拟的运行效率。

申请人：华中科技大学
地址：430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：华中科技大学专利中心
代理人：朱仁玲
更多信息请下载全文后查看。

格子Boltzmann方法的原理与应用1. 原理介绍格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method）是一种基于格子空间的流体模拟方法。

它是通过离散化输运方程，以微分方程的形式描述气体或流体的宏观运动行为，通过在格子点上的分布函数进行更新来模拟流体的动态行为。

格子Boltzmann方法的基本原理可以总结为以下几点：1.分布函数：格子Boltzmann方法中，将流场看作是由离散的分布函数表示的，分布函数描述了在各个速度方向上的分布情况。

通过更新分布函数，模拟流体的宏观行为。

2.离散化模型：为了将连续的流场问题转化为离散的问题，格子Boltzmann方法将流场划分为一个个的格子点，每个格子点上都有一个对应的分布函数。

通过对分布函数进行离散化，实现流场的模拟。

3.背离平衡态：格子Boltzmann方法假设流体运动迅速趋于平衡态，即分布函数以指定的速度在各个方向上收敛到平衡分布。

通过在更新分布函数时引入碰撞过程，模拟流体的运动过程。

4.离散速度模型：分布函数描述了流体在各个速度方向上的分布情况，而格子Boltzmann方法中使用的离散速度模型决定了分布函数的更新方式。

常见的离散速度模型有D2Q9、D3Q15等。

2. 应用领域格子Boltzmann方法作为一种计算流体力学方法，已经在各个领域得到了广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：2.1 流体力学模拟格子Boltzmann方法具有良好的可并行性和模拟精度，适用于复杂流体流动的模拟。

它可以用于模拟包括自由表面流动、多相流动、多物理场耦合等在内的各种复杂流体力学问题。

2.2 细胞生物力学研究格子Boltzmann方法在细胞力学研究中也有广泛应用。

通过模拟流体在细胞表面的流动，可以研究细胞运动、变形和介观流的形成机制。

格子Boltzmann方法在细胞生物力学领域的应用已成为一个重要的研究方向。

2.3 多相流模拟格子Boltzmann方法在多相流动模拟中的应用也非常广泛。

结合大涡模拟的格子玻尔兹曼方法模拟高雷诺数流动刘祖斌;赵鹏【摘要】A kind of lattice Boltzmann method (LBM) combined with LES models was proposed. Smagorin-sky (SM) model and improved model Inetial Range (IR) model were used to extend LBM computation scales for high Reynolds number. Simulations are performed for typical cases of high Reynolds number, cavity flow (Re=1 000;10 000;100 000) and back facing step flow (Re=389;1 000;10 000;100 000), and results are compared with benchmark results. The comparison shows that both the LBM-SM and the LBM-IR models behaved well to match the accurate solutions and could conquer the problem of oscillation caused by LBM. The analysis and comparison of the two models illustrate that the LBM-IR model has an advantage of wider area of valid model coefficient.%为了将格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann method）推广到高雷诺数流动的数值模拟上，文章研究了将大涡模拟的Smagorinsky模型及其改进的IR模型应用到LBM方法中并发展了LBM-SM模型和LBM-IR模型，其后以顶盖驱动方腔流动（Re=1000；10000；100000）和后台阶流动（Re=389；1000；10000；100000）为标准进行数值模拟与比较。

复杂边界下大涡模拟的格子boltzmann并行方法摘要：本文提出了一种针对复杂边界下大涡模拟的格子Boltzmann并行方法，该方法可以有效地模拟流场中的湍流现象，并且可以适应不同的边界条件，具有很好的应用前景。

关键词：格子Boltzmann方法；大涡模拟；并行计算；流场模拟一、引言在现代工程中，流场模拟是一项重要的研究领域。

湍流是流场中最常见的现象之一，它对于工程应用的影响非常大。

因此，如何有效地模拟流场中的湍流现象，一直是流场模拟研究的重要问题之一。

目前，大涡模拟是一种非常有效的模拟湍流现象的方法之一。

大涡模拟可以通过将流场中的湍流现象分解成不同的尺度，从而可以有效地模拟湍流现象。

然而，由于流场中的边界条件非常复杂，因此如何适应不同的边界条件，是大涡模拟中需要解决的一个重要问题。

在本文中，我们提出了一种针对复杂边界下大涡模拟的格子Boltzmann并行方法。

该方法可以通过将流场中的湍流现象分解成不同的尺度，从而可以有效地模拟湍流现象。

同时，该方法可以适应不同的边界条件，具有很好的应用前景。

二、格子Boltzmann方法格子Boltzmann方法是一种流体力学计算方法，它可以通过模拟粒子在流场中的运动来计算流场中的物理量。

格子Boltzmann方法是一种非常高效的计算方法，可以通过并行计算来加速计算过程。

在格子Boltzmann方法中，流场被划分成一个个小的网格，每个网格内包含了一定数量的粒子。

在计算过程中，粒子会在网格之间进行传输，并且在传输过程中会受到各种物理力的作用。

通过对粒子的传输和受力进行模拟，可以计算出流场中的物理量。

格子Boltzmann方法具有很多优点，例如计算速度快、精度高等。

因此，格子Boltzmann方法被广泛应用于流体力学计算中。

三、大涡模拟大涡模拟是一种流体力学计算方法，它可以通过将流场中的湍流现象分解成不同的尺度来模拟湍流现象。

大涡模拟可以通过模拟流场中的大尺度涡旋来模拟湍流现象，从而减少计算量。