格子Boltzmann方法中三种流固耦合格式的对比.pdfVIP

第29卷第6期 计 算 物 理 V01．29．No．6 2012年11月 CHINESEJOURNALOFCOMPUTATIONALPHYSICS Nov．。2012 文章编号：1001—246X(2012)06-0799-08 黄荣宗1’2， 王 亮2， 郭照立2 (1．上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室，上海200240； 2．华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉430074) 摘 要：详细对比分析模拟流固两相流的格子Bohzmann方法中三类不同的流固耦合格式(半反弹方法、亚网格方法 和曲边界方法)的特点，发现半反弹方法所获得的速度、角速度存在较大的扰动，而亚网格颗粒方法则能够获得平滑 的发展曲线． 关键词：流固两相流；格子Bohzmann方法；半反弹方法；亚网格方法；曲边界方法 中图分类号：0359 文献标识码：A O 引言 流固两相流问题在自然界和工程应用中随处可见，如河床侵蚀、流化床、造纸工业等，了解其运动规律至 性，该方法在处理复杂流体问题时具有很大的优势，其研究应用13益广泛¨。1． 应用LBM研究流固两相流动的方法可以分为两大类，即点源颗粒方法和全尺寸方法．由于后者能够考 察颗粒周围的流动细节，常被用于流固两相流的机理研究．本文研究对比使用三种不同流固耦合的全尺寸 LBM方法，即半反弹方法、亚网格方法和曲边界方法． 方法H。]，颗粒使用一个阶梯形的边界表示，流固相互作用使用半反弹格式刻画．本文称该方法为半反弹方 法，其优势是可以严格保证局部质量动量守恒，但对颗粒边界的刻画不够精确．与Ladd的半反弹方法不同， 边界进行了更为精确的刻画，并将流固相互作用直接耦合到分布函数的演化方程中．之后Cook等人将之成 功地应用于模拟二维问题‘。8I．该方法也能严格保证局部质量动量守恒，对颗粒边界的刻画较为精确．与上 述方法不同，近年一些学者将处理曲边界的方法引入到流固两相流中一1．本文应用Guo等人提出的曲边界 非平衡态外推格式¨叫来处理流固两相流的相互作用．相比前两种方法，该方法能更精确地刻画颗粒边界，但 由于存在格点性质的转变，难以严格保证局部质量动量守恒，而对不可压流体该误差影响不大． 目前，Ladd的半反弹方法应用最为广泛，而亚网格颗粒方法却很少有人研究，且各种方法的优缺点对比 研究工作尚不多见．本文详细研究对比上述三类LBE方法，从速度、角速度发展过程揭示三类方法的特点． 1 计算模型 1．1格子Boltzmann模型 本文采用二维九速(D2Q9)…1单松弛LBM模型，其演化方程为 ，(工+CiAt，#+△f)一，(z，f)：一』一fz(z，f)一foq(x，t)1， r、 ／ 收稿日期：2012—03—14；修回日期：2012—06—01； 基金项目：自然科学基金资助项目 作者简介：黄荣宗(1988一)，男，硕士生，主要从事多相流研究，E—mail：bqhrz@sjtu．edu，Cltl 通讯作者：郭照立，E—mail：zlguo@hust．edu．C／I 万方数据 800 计 算 物 理 第29卷 其中丁为松弛时间，工”为粒子平衡态分布函数，其形式应满足碰撞过程的质量守恒、动量守恒，即 P=∑i上=∑。工“，pu=∑ic。工=∑ic：，”． (2) 离散速度为 r0 1 0 —1 0 1 —1 —1 1] (3)、