不可压缩流动的高精度非标准格子玻尔兹曼方法

1

作者 马超 吴杰 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期65-74,I0001,共11页

首先回顾了高精度非标准格子玻尔兹曼方法的发展历程,基于高精度通量重构格式,发展了一种通量重构格子玻尔兹曼方法(FRLBM)。采用两种求解方法:一种是将碰撞项隐式处理,直接求解离散速度玻尔兹曼方程(直接法);另一种是先执行碰撞步,再... 首先回顾了高精度非标准格子玻尔兹曼方法的发展历程,基于高精度通量重构格式,发展了一种通量重构格子玻尔兹曼方法(FRLBM)。采用两种求解方法:一种是将碰撞项隐式处理,直接求解离散速度玻尔兹曼方程(直接法);另一种是先执行碰撞步,再求解纯对流方程(分步法)。通过收敛性研究,比较了这两种方法的精度和稳定性。研究结果表明,在小时间步长下两种方法误差近似,都能取得高阶精度;然而当时间步长增大,直接法误差几乎不变,分步法误差出现明显上升。由此表明,当取得近似误差时,直接法可以采用较大时间步长,计算效率更高,且直接法的稳定性略占优。接着通过模拟顶盖驱动方腔流验证了FRLBM捕捉流场细节的能力,并且比较了基于半隐格式的显式方法和一阶、二阶及三阶隐式-显式Runge-Kutta格式的时间离散,在不同雷诺数下的最大允许Courant-Friedrichs-Lewy数,数值结果表明二阶隐式-显式Runge-Kutta格式效果最优。最后数值模拟了圆柱绕流,验证了FRLBM计算复杂外形绕流的可靠性。 展开更多

关键词 高阶精度 通量重构 格子玻尔兹曼方法 时间离散 不可压缩流动

在线阅读 下载PDF 职称材料

时间步长对格子玻尔兹曼法模拟室内气流精度的影响

2

作者 韩梦涛 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期793-801,共9页

基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟(LBM-LES)是湍流模拟的新方法,但不恰当的时间步长δt可能会影响其计算精度。首先理论总结了δt可能对LBM-LES湍流模拟造成的影响,阐明过大的δt会导致速度场产生压缩性误差,而过小的δt会导致超松弛碰撞... 基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟(LBM-LES)是湍流模拟的新方法,但不恰当的时间步长δt可能会影响其计算精度。首先理论总结了δt可能对LBM-LES湍流模拟造成的影响,阐明过大的δt会导致速度场产生压缩性误差,而过小的δt会导致超松弛碰撞产生速度场的数值振荡。其次,通过对等温室内气流案例进行LBM-LES模拟,定量讨论了δt引起的压缩性误差和数值振荡问题。结果表明,δt较大时流场密度变化剧烈,且格子玻尔兹曼单位的马赫数(M)超过0.3的区域中速度场产生了明显的压缩性误差。同时,过小的δt导致平均及脉动风速均产生了数值振荡,这在网格分辨率较高时尤为明显。建议模拟时在确保δt足够小以满足最大风速区域的M<0.3的基础上,尽量增大δt以防止产生数值振荡。 展开更多

关键词 风环境 格子玻尔兹曼法 时间步长 压缩性误差 超松弛碰撞 大涡模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

多松弛时间格子Boltzmann方法的黏滞吸收边界

3

作者 姜春涛 周辉 +2 位作者 夏木明 唐瑾璇 王颖 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1030-1038,I0010,I0011,共11页

当介质的几何结构复杂或者内部存在强物性界面时,传统的地震波正演模拟方法的计算结果往往难以满足实际精细波场计算的要求。多松弛时间格子Boltzmann方法(MRT-LBM)是一种新兴数值模拟方法,具有稳定性好、计算精度高、边界处理灵活等优... 当介质的几何结构复杂或者内部存在强物性界面时,传统的地震波正演模拟方法的计算结果往往难以满足实际精细波场计算的要求。多松弛时间格子Boltzmann方法(MRT-LBM)是一种新兴数值模拟方法,具有稳定性好、计算精度高、边界处理灵活等优点。针对MRT-LBM数值模拟时面临的人工截断边界,提出了一种基于多松弛参数的黏滞吸收边界方案。由于边界反射的压制效果对衰减参数很敏感,因此通过大量数值模拟实验选择了最优参数组合,获得了适用性强的吸收边界条件。该吸收边界条件的算法简单,且可扩展性强。最后应用均匀模型和简单非均质模型验证了其吸收效果,并用复杂的BP模型验证了其适用性。 展开更多

关键词 波场模拟 多松弛时间格子Boltzmann方法(MRT-LBM) 衰减参数 组合优化 多松弛参数 黏滞吸收边界

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种稳定的浸没边界-格子波尔兹曼方法 被引量：1

4

作者 吴杰 舒昌 赵宁 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期316-321,共6页

基于强制边界条件的浸没边界-格子波尔兹曼方法(Immersed boundary-lattice Boltzmann method,IB-LBM)提出了一种稳定的IB-LBM。在该方法中,采用了具有良好稳定性的多松弛时间(Multi-relaxation time,MRT)模型代替原来的单松弛时间(Sing... 基于强制边界条件的浸没边界-格子波尔兹曼方法(Immersed boundary-lattice Boltzmann method,IB-LBM)提出了一种稳定的IB-LBM。在该方法中,采用了具有良好稳定性的多松弛时间(Multi-relaxation time,MRT)模型代替原来的单松弛时间(Single-relaxation time,SRT)模型。因而,在保证无滑移边界条件能够精确满足的同时,该方法的稳定性和适用性都得到了提高。通过对中高雷诺数下二维圆柱绕流算例的模拟,计算所得的数值结果与其他文献中的结果吻合,从而验证了该方法的可行性。 展开更多

关键词 浸没边界一格子波尔兹曼方法 强制边界条件 多松弛时间

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种模拟不可压流的节点间断有限元-格子波尔兹曼方法

5

作者 吴杰 刘琛 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期662-668,共7页

基于节点间断有限元方法,本文提出了一种求解格子波尔兹曼方程(Lattice Boltzmann equation,LBE)的新方法,即节点间断有限元-格子波尔兹曼方法(Nodal discontinuous Galerkin-Lattice Boltzmann method,NDGLBM)。在该方法中,LBE的碰撞... 基于节点间断有限元方法,本文提出了一种求解格子波尔兹曼方程(Lattice Boltzmann equation,LBE)的新方法,即节点间断有限元-格子波尔兹曼方法(Nodal discontinuous Galerkin-Lattice Boltzmann method,NDGLBM)。在该方法中,LBE的碰撞过程和迁移过程被拆分成了两步:碰撞过程用LBM多松弛时间(Multiple relaxation time,MRT)模型进行求解,迁移过程则写成对流方程并采用节点间断有限元方法进行求解。其中,空间离散采用了非结构网格,时间离散采用了四阶、五步龙格-库塔格式。为了验证NDG-LBM的可行性,文中模拟了顶盖驱动方腔流、静止单个圆柱绕流、旋转-静止双圆柱绕流以及高雷诺数NACA0012翼型绕流。计算所得的数值结果与其他文献中的结果吻合度很好。 展开更多

关键词 节点间断有限元方法 格子波尔兹曼方法 多松弛时间 对流方程纹

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于循环神经网络的棒束通道流动参数实时计算方法研究

6

作者 李翔宇 解衡 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第7期1386-1396,共11页

针对深度学习求解物理场方程时存在的算法不可解释性,训练模型时所需数据量大、训练时间长,且不能随意修改模型边界条件等问题,本文设计了一个可用于实时计算棒束通道内流速分布的循环神经网络(recurrent neural network,RNN)。该算法以... 针对深度学习求解物理场方程时存在的算法不可解释性,训练模型时所需数据量大、训练时间长,且不能随意修改模型边界条件等问题,本文设计了一个可用于实时计算棒束通道内流速分布的循环神经网络(recurrent neural network,RNN)。该算法以RNN作为基本结构,利用多松弛时间-格子玻尔兹曼方法(multiple relaxation time-lattice Boltzmann method,MRT-LBM)构造RNN的计算单元,利用浸入法和特征线法确定神经元的结构和数量,并利用顶盖驱动流模型、5×5棒束通道仿真计算和PIV测量结果验证算法的有效性。计算结果表明,RNN在计算上述两个模型的无量纲化流速分布时,与MRT-LBM和商业CFD软件相比,残差约为0.1,残差较模型入口处的流速小1个数量级。RNN在计算棒束通道截面的无量纲化流速时,消耗的计算时间约为0.005~0.03 s,仅为MRT-LBM的1/6~1/3,且计算结果基本与PIV的测量结果相符合。同时RNN所有的计算过程都有物理方程对应,因此RNN可以在保证计算精度的前提下极大提升计算速度,且具有可解释性。RNN可为反应堆数字孪生系统提供实时模拟流动参数的计算方法,进一步提升数字孪生系统对现实环境的模拟能力。 展开更多

关键词 反应堆数字孪生系统 棒束通道 深度学习 循环神经网络 多松弛时间-格子玻尔兹曼方法

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于格子Boltzmann方法的非常规天然气微尺度流动基础模型 被引量：16

7

作者 赵玉龙 刘香禺 +1 位作者 张烈辉 单保超 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期156-165,共10页

基于相似准则和气体真实物性参数提出一种格子Boltzmann模型中选取无因次松弛时间的新方法,同时考虑边界努森层的影响对无因次松弛时间进行修正,结合壁面二阶滑移边界条件推导出相应组合反弹/镜面反射边界条件中的关键参数,从而建立了... 基于相似准则和气体真实物性参数提出一种格子Boltzmann模型中选取无因次松弛时间的新方法,同时考虑边界努森层的影响对无因次松弛时间进行修正,结合壁面二阶滑移边界条件推导出相应组合反弹/镜面反射边界条件中的关键参数,从而建立了基于格子Boltzmann方法的适用于高温高压条件的非常规天然气微尺度流动模拟新模型。将甲烷气体在无限长微通道中的体积力驱动流动及长直微通道中受进出口压差驱动流动的模拟结果与文献中数值解及解析解进行对比,验证了模型的准确性,并对无因次松弛时间修正式进行优选。结果表明,新模型可以有效表征非常规天然气微尺度流动条件下的滑脱效应、压缩效应、气体稠密性及边界努森层影响;实现了对气体真实流动条件更加全面的表征,可作为微纳尺度非常规天然气流动模拟研究的基础模型。 展开更多

关键词 格子BOLTZMANN方法 无因次松弛时间 微尺度流动 相似准则 滑脱效应 压缩效应 非常规天然气

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于MRT-LBM方法的大规模可扩展并行计算研究 被引量：3

8

作者 刘智翔 方勇 +4 位作者 宋安平 徐磊 王晓伟 周丽萍 张武 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期1156-1165,共10页

在大规模三维复杂流动的数值模拟中,针对具有良好数值稳定性的多弛豫时间模型格子Boltzmann方法(MRT-LBM),并结合大涡模拟湍流模型和曲面边界插值格式,分析了在D3Q19离散速度模型下的网格生成、流场信息初始化和迭代计算3部分的可并行性... 在大规模三维复杂流动的数值模拟中,针对具有良好数值稳定性的多弛豫时间模型格子Boltzmann方法(MRT-LBM),并结合大涡模拟湍流模型和曲面边界插值格式,分析了在D3Q19离散速度模型下的网格生成、流场信息初始化和迭代计算3部分的可并行性.采用MPI编程模型,从分布式集群的特点和计算量负载均衡的角度出发,分别提出了适合于大规模分布式集群的网格生成、流场信息初始化和迭代计算的并行算法.该并行算法也能有效适用于D3Q15和D3Q27离散速度模型.通过在国产神威蓝光超级计算机上的测试,分别针对求解问题总体计算规模固定和保持每个计算核中计算量一致的2种情况的并行性能分析,验证了该并行算法在十万计算核的量级下仍具有良好的加速比和可扩展性. 展开更多

关键词 大规模并行计算 可扩展 负载均衡 格子 BOLTZMANN 方法 多松弛时间模型 大涡模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于LBM-LES方法的翼型气动噪声直接数值计算 被引量：1

9

作者 魏自言 刘勇 王琦 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1012-1017,1254,共7页

直接数值计算方法对航空飞行器机体气动噪声产生机理研究及噪声预测非常关键。本文基于在格子玻尔兹曼方法(LatticeBoltzmannMethod,LBM)框架下的大涡模拟方法(LargeEddy Simulation, LES)对SD-7003仿生翼型在较低马赫数条件下的气动噪... 直接数值计算方法对航空飞行器机体气动噪声产生机理研究及噪声预测非常关键。本文基于在格子玻尔兹曼方法(LatticeBoltzmannMethod,LBM)框架下的大涡模拟方法(LargeEddy Simulation, LES)对SD-7003仿生翼型在较低马赫数条件下的气动噪声进行了直接数值计算,雷诺数选取为8.0×10~5。LBM方法采用多松弛时间近似,格子离散速度模型为D2Q9模型,LES方法的亚格子模型是动态Smagorinsky模型。噪声直接计算结果表明:LBM-LES方法能较精确地预测低马赫数及中低雷诺数条件下翼型气动噪声远场的声压,与实验结果相比,误差在10%以内;同时可以直接得到噪声声场及传播过程,并能揭示噪声的生成机理。 展开更多

关键词 气动噪声 格子玻尔兹曼方法 大涡模拟 直接数值计算 多松弛时间

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于添加粘度抵消项的MRT-LBM对高雷诺数流态的研究

10

作者 张宗宁 张巧玲 +1 位作者 景何仿 沈启霞 《数学物理学报（A辑）》 CSCD 北大核心 2024年第5期1216-1229,共14页

该文探究了添加粘度抵消方法(viscosity counteracting,VC)的多松弛格子玻尔兹曼方法(multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method,MRT-LBM),即MRT-VC方法可以模拟的最大雷诺数.首先,模拟了经典二维顶盖驱动方腔流来验证模型的... 该文探究了添加粘度抵消方法(viscosity counteracting,VC)的多松弛格子玻尔兹曼方法(multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method,MRT-LBM),即MRT-VC方法可以模拟的最大雷诺数.首先,模拟了经典二维顶盖驱动方腔流来验证模型的准确性,重点分析了雷诺数为5430和7000的流场,并分析了方腔流流场、涡心坐标、轴向速度和速度空间图谱.其次,随着模拟雷诺数的增大,流场内旋涡的数目逐渐增加,且流动依次呈现出稳定流、周期流、不完全混沌流、混沌流等状态.从稳定流到周期流的临界跃迁雷诺数在10000-12500之间,周期流到不完全混沌态流的临界跃迁雷诺数在45000-50000之间,不完全混沌态流到混沌流的临界跃迁雷诺数在95000-100000之间. 展开更多

关键词 多松弛时间格子玻尔兹曼方法 粘度抵消方法 高雷诺数流 临界跃迁雷诺数

在线阅读 下载PDF 职称材料

三角形布置圆柱体群绕流特性与流动机理研究 被引量：1

11

作者 涂佳黄 吕海宇 +1 位作者 胡刚 王贯宇 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期354-367,共14页

基于浸没边界-多松弛-格子玻尔兹曼方法,对Re=100时等边三角形布置三圆柱体群绕流问题进行数值模拟,分析间距比(Kd)与来流角度(α)两个关键参数对流体力系数及流场特性的影响,揭示其流动机理。计算结果表明:不同流场下尾流模式分为单漩... 基于浸没边界-多松弛-格子玻尔兹曼方法,对Re=100时等边三角形布置三圆柱体群绕流问题进行数值模拟,分析间距比(Kd)与来流角度(α)两个关键参数对流体力系数及流场特性的影响,揭示其流动机理。计算结果表明:不同流场下尾流模式分为单漩涡、单漩涡体向双漩涡过渡、不规则的双漩涡、规则的双漩涡、双漩涡向三漩涡过渡、不规则的三漩涡和规则的三漩涡模式,在α=30°时流场下游涡街更加规则,尾流模式转变更快。三圆柱所受的时均流体力系数受间隙流流速影响较大,各来流角度下随间距比(除小间距比外)的变化趋势基本一致,尾流模式转变会导致三圆柱群的流体力系数均方根值发生显著变化,在Kd≥3.5后上游圆柱流体力系数均方根值有较大起伏。除α=0°工况外,在Kd≥2.5后中游圆柱的涡脱落频率受α和Kd影响较小,数值相对稳定。 展开更多

关键词 浸没边界-多松弛-格子玻尔兹曼方法 等边三角形布置 尾流模式 流体力系数 流动机理

在线阅读 下载PDF 职称材料

MRT-LBM三重网格局部加密算法研究 被引量：5

12

作者 曲延鹏 张坤 陈颂英 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期441-448,共8页

应用MRT-LBM计算流场中运动粒子上的力和力矩时,可使用三重网格局部加密方法来提高计算结果的精度.将流场计算区域划分为互不重合的粗糙区、过渡区和加密区,相邻区域界面重合节点上的物理参数如密度、速度和应力等保持连续,不同区域的... 应用MRT-LBM计算流场中运动粒子上的力和力矩时,可使用三重网格局部加密方法来提高计算结果的精度.将流场计算区域划分为互不重合的粗糙区、过渡区和加密区,相邻区域界面重合节点上的物理参数如密度、速度和应力等保持连续,不同区域的分布函数通过过渡区边界点进行传递,运算程序采用碰撞-迁移算法,给出了数据的初始化过程和加密的网格结构.通过对含非对称放置的粒子Couette流动,分别采用标准Boltzmann、全场加密、局部二重加密和三重加密的4种网格进行计算.数值计算结果表明,三重网格加密算法减少了计算结果的波动.对方腔流顶盖下方左右奇异角落处应用三重局部网格加密,结果显示,对雷诺数1 000的方腔流动,沿腔中心线的速度分布与经典文献结果对比效果良好,压力轮廓图的噪声明显降低,应力振荡明显减少.模拟结果证实了所建立的局部加密方法的有效性. 展开更多

关键词 格子BOLTZMANN方法 多松弛时间模型 局部网格加密 COUETTE流动 方腔流动

在线阅读 下载PDF 职称材料

水泥3D打印喷头中浆体的流动分析 被引量：2

13

作者 高阳 方成刚 蒋贤辉 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期420-426,共7页

针对水泥浆体在流经水泥3D打印样机喷头结构时沾黏、流动性差的问题,提出一种基于多松弛参数格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM)的模型,研究幂律流体在单螺杆机构中的流动特性.采用MRT-LBM修正模型,对水泥浆体在喷头中的流动情况进行数值模拟,... 针对水泥浆体在流经水泥3D打印样机喷头结构时沾黏、流动性差的问题,提出一种基于多松弛参数格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM)的模型,研究幂律流体在单螺杆机构中的流动特性.采用MRT-LBM修正模型,对水泥浆体在喷头中的流动情况进行数值模拟,得到水泥浆体在喷头装置内不同位置处的速度分布情况,为水泥3D打印喷头结构提出改进方案.通过已有理论解的泊肃叶流对修正后的MRT-LBM模型进行详细论述,并将解析解与MRT-LBM修正模型得到的结果进行对比,验证分段幂律模型的可行性.最后,改变晶格节点的数量(10～500),计算实验结果与理论结果的相对误差,结果表明修正后的MRT-LBM模型是稳定的. 展开更多

关键词 幂律流体 多松弛参数格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM) 水泥3D打印喷头 泊肃叶流 分段幂律模型

在线阅读 下载PDF 职称材料