有限体积法与LBM分区耦合模拟方腔自然对流.pdfVIP

第45卷 第 5期 西 安 交 通 大 学 学 报 Vo1．45 No．5 2011年 5月 JOURNALOFXIAN JIAOTONG UNIVERSITY Mav 2011 有限体积法与 LBM 分区耦合模拟方腔 自然对流 栾辉宝，徐辉，陈黎，陶文铨 (西安交通大学能源与动力工程学院，710049，西安) 摘要：在 已有的密度分布函数重构算子的基础上，推导出了温度分布函数的重构算子，解决了格 子 Boltzmann方法 (LBM)与有 限体积法耦合计算传热问题 的关键难题．选二维方腔 自然对流对 耦合方法进行 了考核．在瑞利数Ra一10。～10 范围内，耦合结果同商业软件 FLUENT结果符合 得很好 ，并且各物理量在耦合界面处连续且光滑过渡．通过残差曲线可以看 出，耦合模型在密网格 以及大瑞利数情况下，数值稳定性要好于单一 LBM． 关键词：格子Boltzmann方法；有限体积法；多尺度；耦合 中图分类号：TB13 文献标志码 ：A 文章编号：0253—987X(20l1)05—0078—06 CouplingofFVM andLBM forNaturalConvectioninaSquareCavity LUAN Huibao，XU Hui，CHEN Li，TA0 W enquan (SchoolofEnergyandPowerEngineering，XianJiaotongUniversity，Xian710049，China) Abstract：Onthebasisoftheexistingdensitydistributionfunctionreconstructionoperator，the temperaturedistributionfunctionreconstructionoperatorwasderivedtocalculateheattransferby couplingofthelatticeBoltzmannmethod (LBM )andthefinitevolumemethod (FVM )．The presentcouplingmethodwasvalidatedbythe2D naturalconvectionflow inasquarecavitywith variousRayleighnumbers(Rn)from 10。to10 ．Theresultsfrom thecouplingmethodagreewell withthosebycommercialsoftwareFLUENT，andallthephysicalquantitiescrossthecoupledin— terracesmoothly．Accordingtoresidualhistorycurvesitislikelythatthenumericalstabilityof thepresentmethodarebetterthanthoseofthepureLBM atfinegridnumbersandhighRa． Keywords：latticeBoltzmannmethod；finitevolumemethod；multiscale；coupling 自然界与工程领域中的许多物理现象或过程常 应的控制方程．对于本身包含多种尺度 的物理过 常发生在涵盖几个数量级的空间及时间范围内，被 程 ，试图只用一种数值模拟方法来研究，即使是可 称之为多尺度物理学现象_l】]．近年来，多尺度数值 能的话，其有效性、经济性和对过程本质揭示的深 模拟为研究多尺度现象提供了一条很好的途径．常 度都可能受到限制．如仅采用宏观方法，则会存在 见的数值模拟方法根据其适用范围通常可以分为 3 一 些不足，诸如无法预知细微部分的过程 以及引入 个层次：宏观层次¨3]，如有限差分法 (FDM)、有限 一 些经验性很强的参数 ；如果仅