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Lattice Boltzmann Flux Solver:An Efficient Approach for Numerical Simulation of Fluid Flows 被引量:7
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作者 Shu Chang Wang Y +1 位作者 Yang L M Wu J 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2014年第1期1-15,共15页
A lattice Boltzmann flux solver(LBFS)is presented for simulation of fluid flows.Like the conventional computational fluid dynamics(CFD)solvers,the new solver also applies the finite volume method to discretize the gov... A lattice Boltzmann flux solver(LBFS)is presented for simulation of fluid flows.Like the conventional computational fluid dynamics(CFD)solvers,the new solver also applies the finite volume method to discretize the governing differential equations,but the numerical flux at the cell interface is not evaluated by the smooth function approximation or Riemann solvers.Instead,it is evaluated from local solution of lattice Boltzmann equation(LBE)at cell interface.Two versions of LBFS are presented in this paper.One is to locally apply one-dimensional compressible lattice Boltzmann(LB)model along the normal direction to the cell interface for simulation of compressible inviscid flows with shock waves.The other is to locally apply multi-dimensional LB model at cell interface for simulation of incompressible viscous and inviscid flows.The present solver removes the drawbacks of conventional lattice Boltzmann method(LBM)such as limitation to uniform mesh,tie-up of mesh spacing and time interval,limitation to viscous flows.Numerical examples show that the present solver can be well applied to simulate fluid flows with non-uniform mesh and curved boundary. 展开更多
关键词 finite volume method flux solvers compressible flow incompressible flow Navier-Stokes equation lattice boltzmann equation
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High-Order Discontinuous Galerkin Solution of Compressible Flows with a Hybrid Lattice Boltzmann Flux
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作者 Sun Yongcheng Cai Junwei Qin Wanglong 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2018年第3期413-422,共10页
A discontinuous Galerkin(DG)-based lattice Boltzmann method is employed to solve the Euler and Navier-Stokes equations.Instead of adopting the widely used local Lax-Friedrichs flux and Roe Flux etc.,a hybrid lattice B... A discontinuous Galerkin(DG)-based lattice Boltzmann method is employed to solve the Euler and Navier-Stokes equations.Instead of adopting the widely used local Lax-Friedrichs flux and Roe Flux etc.,a hybrid lattice Boltzmann flux solver(LBFS)is employed to evaluate the inviscid flux across the cell interfaces.The main advantage of the hybrid LBFS is its flexibility for capturing both strong shocks and thin boundary layers through introducing a function which varies from zero to one to control the artificial viscosity.Numerical results indicate that the hybrid lattice Boltzmann flux solver behaves very well combining with the high-order DG method when simulating both inviscid and viscous flows. 展开更多
关键词 hybrid lattice boltzmann flux solver discontinuous Galerkin(DG)method Euler equations Navier-Stokes equations
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Rayleigh-Bénard热对流中non-Boussinesq效应的数值研究 被引量:3
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作者 张宇 曹玉会 《气体物理》 2017年第5期11-17,共7页
采用变物性格子Boltzmann通量求解器(VPLBFS)研究了Rayleigh-Bénard热对流.以超临界流体为例,采用VPLBFS的简化形式和标准形式分别得到了通常关注的基于Boussinesq假设的常物性解,只考虑部分物性变化的基于partial Boussinesq假设... 采用变物性格子Boltzmann通量求解器(VPLBFS)研究了Rayleigh-Bénard热对流.以超临界流体为例,采用VPLBFS的简化形式和标准形式分别得到了通常关注的基于Boussinesq假设的常物性解,只考虑部分物性变化的基于partial Boussinesq假设的PBA解,以及考虑流体全部物性变化的变物性解,分析了non-Boussinesq效应对Rayleigh-Bénard热对流的影响,讨论了不同温差条件下的non-Boussinesq效应.研究结果表明:non-Boussinesq效应对超临界流体的Rayleigh-Bénard热对流有非常显著的抑制作用,论证了在研究热对流时考虑流体全部物性变化的必要性. 展开更多
关键词 non-Boussinesq效应 Rayleigh-B6nard热对流 变物性 格子boltzmann方法 格子boltzmann通量求解器
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基于浸入边界-格子Boltzmann通量求解法的椭圆柱流动特性分析 被引量:4
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作者 吴晓笛 刘华坪 陈浮 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期283-290,共8页
基于浸入边界-格子Boltzmann通量求解法,开展了雷诺数Re=100不同几何参数下单椭圆柱及串列双椭圆柱绕流流场与受力特性对比研究。结果表明,随长短轴比值的增加,单椭圆柱绕流阻力系数先减小后缓慢上升,最大升力系数则随长短轴比值的增大... 基于浸入边界-格子Boltzmann通量求解法,开展了雷诺数Re=100不同几何参数下单椭圆柱及串列双椭圆柱绕流流场与受力特性对比研究。结果表明,随长短轴比值的增加,单椭圆柱绕流阻力系数先减小后缓慢上升,最大升力系数则随长短轴比值的增大而减小;尾迹流动状态从周期性脱落涡到稳定对称涡。间距是影响串列圆柱及椭圆柱流场流动状态的主要因素,间距较小时,串列圆柱绕流呈周期性脱落涡状态,而椭圆柱则为稳定流动;随着间距增加,上下游圆柱及椭圆柱尾迹均出现卡门涡街现象,且串列椭圆柱临界间距大于串列圆柱。串列椭圆柱阻力的变化规律与圆柱的基本相同,上游平均阻力大于下游阻力;上游椭圆柱阻力随着间距的变大先减小,下游随间距的变大而增加,当间距达到临界间距时上下游阻力跃升,随后出现小幅度波动再逐渐增加,并趋近于相同长短轴比值下单柱体绕流的阻力。 展开更多
关键词 浸入边界法 格子boltzmann通量求解 串列椭圆柱 层流尾迹
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基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法的流固耦合算法研究 被引量:4
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作者 吴晓笛 刘华坪 陈浮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第22期222-235,共14页
针对流固耦合问题,发展了基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法(immersed boundary method multi-relaxation-time lattice Boltzmann flux solver,IB-MRT-LBFS)的弱耦合算法.依据多尺度Chapman-Enskog展开,建立不可压宏观方... 针对流固耦合问题,发展了基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法(immersed boundary method multi-relaxation-time lattice Boltzmann flux solver,IB-MRT-LBFS)的弱耦合算法.依据多尺度Chapman-Enskog展开,建立不可压宏观方程状态变量和通量与格子玻尔兹曼方程中粒子密度分布函数之间的关系;采用强制浸入边界法处理流固界面使固壁表面满足无滑移边界条件,根据修正的速度求解动量方程力源项;结构运动方程采用四阶龙格-库塔法求解.格子模型与浸入边界法的引入使流固耦合计算可以在笛卡尔网格下进行,无需生成贴体网格及运用动网格技术,简化了计算过程.数值模拟了单圆柱横向涡激振动、单圆柱及串列双圆柱双自由度涡激振动问题.结果表明,IB-MRT-LBFS能够准确预测圆柱涡激振动的锁定区间、振动响应、受力情况以及捕捉尾流场结构形态,验证了该算法在求解流固耦合问题的有效性和可行性. 展开更多
关键词 流固耦合 浸入边界法 格子玻尔兹曼通量求解法 涡激振动
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基于相场-格子Boltzmann通量求解器的固-液相变模拟 被引量:1
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作者 陈臻 舒昌 +1 位作者 张良奇 杨鲤铭 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2022年第10期23-32,共10页
本文提出一种新型的相场-格子Boltzmann通量求解器(PF-LBFS)用于单一介质内固-液相变过程的数值模拟.该方法包含流场求解和流固界面追踪两个核心模块.流场求解模块运用格子Boltzmann通量求解器(LBFS),在有限体积法框架下求解Navier-Sto... 本文提出一种新型的相场-格子Boltzmann通量求解器(PF-LBFS)用于单一介质内固-液相变过程的数值模拟.该方法包含流场求解和流固界面追踪两个核心模块.流场求解模块运用格子Boltzmann通量求解器(LBFS),在有限体积法框架下求解Navier-Stokes方程,在网格界面上通过局部求解格子Boltzmann方程重构数值通量. LBFS对无黏和黏性通量进行同步重构,并保持了界面重构方程与宏观控制方程的一致性.相场模型则被用于流固界面的演化中,实现了固相与液相间的光滑过渡,并通过守恒关系与能量方程耦合.通过三个典型算例,验证了PFLBFS在固-液相变数值模拟中的收敛性、精度、物理鲁棒性和在非均匀网格上的适用性. 展开更多
关键词 固-液相变 相场方法 格子boltzmann通量求解器
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基于变物性的格子-玻尔兹曼通量求解器 被引量:1
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作者 曹玉会 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2213-2219,共7页
本文提出一种考虑流体热物性变化的格子-玻尔兹曼通量求解器。该求解器能够捕捉流体物性参数的变化对流动和传热的影响,在保留了传统格子-玻尔兹曼方法固有优势的同时,克服了在网格划分、边界条件处理等方面的缺陷。本文采用该求解器模... 本文提出一种考虑流体热物性变化的格子-玻尔兹曼通量求解器。该求解器能够捕捉流体物性参数的变化对流动和传热的影响,在保留了传统格子-玻尔兹曼方法固有优势的同时,克服了在网格划分、边界条件处理等方面的缺陷。本文采用该求解器模拟了同心环型腔内由温差驱动的自然对流,讨论了不同温差条件下的流动和传热特性,分析了物性变化的影响。结果表明:常物性解低估了换热设备的传热性能,而且Ra数越大,偏差越显著。 展开更多
关键词 格子-玻尔兹曼方法(LBM) 格子-玻尔兹曼通量求解器(LBFS) 物性变化影响 自然对流
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基于高阶通量重构-格子玻耳兹曼通量求解器的激波干扰问题数值模拟研究
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作者 秦剑 吴杰 《气动研究与试验》 2023年第5期93-100,共8页
高阶格式因其具有高分辨率和低耗散特性,在超声速以及高超声速领域内得到越来越多的重视。在激波干扰问题的研究中,高阶格式在更少的网格量下能捕捉到流场的更多细节。格子玻耳兹曼通量求解器因通过局部重构玻耳兹曼方程求得界面处的通... 高阶格式因其具有高分辨率和低耗散特性,在超声速以及高超声速领域内得到越来越多的重视。在激波干扰问题的研究中,高阶格式在更少的网格量下能捕捉到流场的更多细节。格子玻耳兹曼通量求解器因通过局部重构玻耳兹曼方程求得界面处的通量值而具有清晰的物理意义,而通量重构方法拥有良好的紧致性和并行性能。为此,本文将高阶格式通量重构方法与格子玻耳兹曼通量求解器结合,采用熵过滤激波捕捉格式,对激波干扰问题进行了研究。数值结果表明,发展的高阶格式能精确地捕捉激波以及激波干扰的细小结构。本文研究对高阶格式应用于激波干扰问题具有一定的启发作用。 展开更多
关键词 高阶格式 通量重构 格子玻耳兹曼通量求解器 激波干扰 超声速
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格子玻尔兹曼和气体动理学通量算法及其应用进展
9
作者 舒昌 杨鲤铭 +1 位作者 王岩 吴杰 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期801-816,共16页
采用守恒律方程求解流体流动问题时,单元界面通量的计算尤为关键,该过程也被称为通量重构。由于离散控制方程的物理量定义在解点上,如何利用解点上的值来计算单元界面的通量,是计算流体力学最为关心的问题之一。针对该问题的研究已发展... 采用守恒律方程求解流体流动问题时,单元界面通量的计算尤为关键,该过程也被称为通量重构。由于离散控制方程的物理量定义在解点上,如何利用解点上的值来计算单元界面的通量,是计算流体力学最为关心的问题之一。针对该问题的研究已发展了各式各样的计算格式,例如完全基于数学重构的差分近似、基于部分物理重构的黎曼通量求解器以及近年发展起来的基于完全物理重构的气体动理学格式、格子Boltzmann通量算法和气体动理学通量算法。本文首先对几种典型的通量重构算法进展进行回顾和分析;然后着重介绍格子玻尔兹曼通量算法和气体动理学通量算法的研究进展及其相关应用;最后就该类算法存在的挑战和可能的研究方向进行展望。 展开更多
关键词 计算流体力学 气体动理学格式 格子玻尔兹曼通量算法 气体动理学通量算法 连续和稀薄流动
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基于IB-LBFS和绝对节点坐标法的降落伞柔性结构流固耦合数值模拟
10
作者 刘钒 舒昌 刘刚 《气体物理》 2020年第3期59-68,共10页
在空气动力学、水动力学和生物流体力学领域中,大变形柔性结构的流固耦合现象是一个重要的非线性力学问题.对该系统的数值模拟是分析这一问题的有效手段.将近年提出的一种Descartes流场求解器,即浸润边界-格子Boltzmann通量求解器(immer... 在空气动力学、水动力学和生物流体力学领域中,大变形柔性结构的流固耦合现象是一个重要的非线性力学问题.对该系统的数值模拟是分析这一问题的有效手段.将近年提出的一种Descartes流场求解器,即浸润边界-格子Boltzmann通量求解器(immersed boundary-lattice Boltzmann flux solver,IB-LBFS)作为流场求解方法,并引入绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)作为大变形结构分析手段,构建了流固耦合求解器以模拟三维流场中的大变形柔性体运动.使用三维来流中的旗帜摆动算例对该流固耦合求解器进行了验证计算.基于该流固耦合求解器对三维不可压流场中的矩形降落伞和十字形降落伞的展开过程进行了非定常流固耦合数值模拟. 展开更多
关键词 流固耦合 浸润边界法 格子boltzmann通量求解 绝对节点坐标法 降落伞
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基于浸入边界-格子波尔兹曼通量求解法的并列双圆柱流动特性数值研究(英文)
11
作者 Xiao-di WU Hua-ping LIU Fu CHEN 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第5期384-398,共15页
目的:本文旨在应用新型数值求解方法,即浸入边界-格子波尔兹曼通量求解法,研究并列双圆柱流动特性,并探索该数值方法在工程应用中的可行性。创新点:1.将浸入边界法与格子波尔兹曼求解法相结合,简单并高效地实现在非均匀直角网格下求解... 目的:本文旨在应用新型数值求解方法,即浸入边界-格子波尔兹曼通量求解法,研究并列双圆柱流动特性,并探索该数值方法在工程应用中的可行性。创新点:1.将浸入边界法与格子波尔兹曼求解法相结合,简单并高效地实现在非均匀直角网格下求解不可压流动以及动边界问题;2.应用浸入边界-格子波尔兹曼求解法研究并列双圆柱流场特性。方法:1.通过理论推导,建立状态变量和通量与格子波尔兹曼方程中粒子密度分布函数之间的关系(公式(8)^(10));2.采用强制浸入边界法处理流固界面使固壁表面满足无滑移边界条件,实现在笛卡尔网格下求解运动边界问题;3.通过数值模拟,探讨雷诺数和圆柱间距对静止双圆柱受力及流场尾流特性的影响以及雷诺数、间距和旋转速度对旋转并列双圆柱受力及尾流特性的影响规律。结论:1.浸入边界-格子波尔兹曼求解法可以简单实现采用非贴体网格求解不可压流动及动边界问题。2.对于并列静止双圆柱,随着间距的增加,双圆柱尾流场的相互作用逐渐消失,尾迹由无规则性转变为规则的同相位流动或反向流动;雷诺数影响圆柱受力系数。3.对于并列旋转双圆柱,雷诺数对旋转圆柱受力影响较弱;旋转速度可以抑制单圆柱尾流场的非定常效应;随着圆柱间距的增加,双圆柱后方形成固定的相位关系以及同一频率的脱落涡。 展开更多
关键词 浸入边界法 格子波尔兹曼通量求解法 运动边界 并列圆柱
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