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Lattice Boltzmann方法研究振动圆柱绕流问题

作　者: 夏泳
导　师: 许友生
学　校: 浙江师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 多弛豫时间并排振动圆柱对自锁三维单臂型圆柱烘干注气
分类号: O35
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 111次
引　用: 1次
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内容摘要

格子Boltzmann方法是在保证质量守恒和动量守恒的前提下,模拟能够满足流体力学中的连续性方程和Navier-Stokes方程的复杂流体的一种介观模拟方法。本文首先用格子Boltzmann方法和D2Q9模型,选取了Re=200的不可压缩流体,研究了二维并排振动双圆柱(在不同的间隙比T/D=1.2,1.6,2.2,3.2条件下)的绕流,计算结果表明,双圆柱的同步振动对尾流图形有深刻的影响,当振幅和频率足够大时,振动能锁定涡脱落,并且存在着临界的自锁振幅和频率条件。接下来,我们进一步用D3Q19模型,研究了Re=100下三维单臂型振动圆柱的绕流,我们使振动幅度和频率都足够大,计算结果显示振动除了依然对尾流有深刻影响外,还表现出明显的三维效应,但不同的是,由于圆柱自由端的影响,对涡脱落的自锁现象并没有被观察到。此外,我们还做了一些实验性的工作。为了与一个来自连续性模型的数字结果相比较,我们还做了一个利用X射线成像实验研究气体喷注时液体在多孔介质内的渗流干燥过程,结果表明液体渗透和干燥速度是由粘滞压降、气体渗透的状态及多孔介质的毛细管特性决定的。注入完全饱和的气体时,干燥只会引起气体膨胀。毛细作用从高浸透的区域到低浸透的区域,导致更多的一致的曲线形状。注入干燥气体时,干燥器放在进口,扩散器穿过多孔介质。这个模型对砂岩有一个好的结果,但相对于石灰石的实验不是很满意。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
符号说明  8-9
1.绪论  9-20
  1.1 研究背景  9-15
    1.1.1 流体力学发展简史  9-12
    1.1.2 圆柱绕流的简述  12-13
    1.1.3 多孔介质渗流研究的简述  13-15
  1.2 格子Boltzmann方法发展简史  15-17
  1.3 格子Boltzmann方法的特点和应用  17-18
  1.4 本文的研究工作及意义  18-20
2.格子Boltzmann方法的原理及其实现  20-41
  2.1 Navier-Stokes方程  20-26
  2.2 简述LBGK模型、D2Q9模型  26-36
    2.2.1 H-定理和平衡函数  27-28
    2.2.2 从连续Boltzmann方程到格子Boltzmann方程的原理  28-31
    2.2.3 D2Q9模型局部平衡态分布函数  31-33
    2.2.4 D2Q9模型恢复宏观方程  33-36
  2.3 格子Boltzmann方法的计算流场和实际流场的相似关系  36-41
    2.3.1 方程的无量纲化  37-39
    2.3.2 格子Boltzmann方法中计算参数的选择  39-41
3.边界条件的处理  41-50
  3.1 固面边界处理  41-44
    3.1.1 反弹边界  41-42
    3.1.2 反射边界  42-43
    3.1.3 外推格式  43-44
    3.1.4 周期边界  44
  3.2 二维压力和速度边界  44-47
    3.2.1 压力边界  45-46
    3.2.2 速度边界  46-47
  3.3 三维边界处理  47-50
4.二维并排双圆柱的受迫振动对其自身绕流的影响  50-63
5.三维单臂型圆柱的受迫振动对其自身绕流的影响  63-68
6.多孔介质的实验研究  68-73
7.总结和展望  73-74
参考文献  74-82
攻读硕士学位期间发表和待发的论文  82-83
  论文作者所在单位  82-83
攻读硕士期间参与的课题  83-84
致谢  84-86

Lattice Boltzmann方法研究振动圆柱绕流问题

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