一种稳定的浸没边界-格子波尔兹曼方法 被引量：1

1

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

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一种基于浸没边界-大涡模拟的降落伞流固耦合计算方法

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作者 张扬 濮天梅 +2 位作者 周春华 欧阳弘扬 童旭东 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第2期96-109,I0002,共15页

降落伞充气过程涉及复杂的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)现象,浸没边界(immersed boundary,IB)方法作为一种边界非协调方法,适合处理这种非线性大变形FSI问题。将Mittal等提出的尖锐界面IB方法与大涡模拟(large eddy simul... 降落伞充气过程涉及复杂的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)现象,浸没边界(immersed boundary,IB)方法作为一种边界非协调方法,适合处理这种非线性大变形FSI问题。将Mittal等提出的尖锐界面IB方法与大涡模拟(large eddy simulation,LES)相结合(LES/IB),应用于中高雷诺数(Re)降落伞绕流的模拟。在此基础上,结合非线性有限元方法,建立了一种基于适合复杂外形非均匀湍流的动态Vreman亚格子(Vreman subgrid-scale,Vreman SGS)模型的FSI方法,用于模拟降落伞充气过程。最后,通过经典的圆柱绕流算例(Re=3900)验证所发展的LES/IB方法的准确性。结果表明,LES/IB方法对平均阻力系数(C_(D))、后缘点平均背压系数(-C_(p,b))和斯特劳哈尔数(St)的计算结果与直接数值模拟、LES和实验结果吻合较好,误差均低于8%。此外,利用发展的Vreman SGS模型对典型的圆伞和十字伞充气过程中的气动性能和结构响应进行了分析,并与Smagorinsky SGS模型进行了对比。结果表明,在降落伞充气呼吸阶段,两者对阻力系数和投影面积的计算结果吻合较好,相对误差均在5%以内,验证了本文FSI方法的可靠性。 展开更多

关键词 降落伞充气 流固耦合 浸没边界方法 大涡模拟 亚格子模型

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不可压缩流体周期性流动格子波尔兹曼的边界处理

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作者 廖全 李隆键 崔文智 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期95-102,共8页

提出了一种新的周期性边界处理方法,用于处理格子波尔兹曼(lattice boltzmann)方法中压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界条件。当压力驱动的不可压缩流体充分发展时,可以在周期性截面上直接用压力梯度而不是采用当量体积力的常规周... 提出了一种新的周期性边界处理方法,用于处理格子波尔兹曼(lattice boltzmann)方法中压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界条件。当压力驱动的不可压缩流体充分发展时,可以在周期性截面上直接用压力梯度而不是采用当量体积力的常规周期性边界处理方法,来确定周期性流动截面上的粒子分布密度。应用所提出的压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界处理方法,对二维压力驱动下充分发展的泊肃叶流(poiseuille flow)和周期性方柱扰流进行了数值模拟。结果表明:该周期边界条件处理方法能够很好地保持系统周期性,在其宏观的周期性边界截面上产生了连续的压力分布,真正地实现了直接压力驱动不可压缩流体周期性流动条件下的所有特征。 展开更多

关键词 格子波尔兹曼方法 压力驱动 周期性边界处理

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格子波尔兹曼方法模拟外掠圆管的流动与换热 被引量：1

4

作者 康细洋 朱恂 廖强 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期21-24,44,共5页

运用格子波尔兹曼方法(LBM)对流体外掠圆管的流动和换热进行了数值模拟,分析了不同雷诺数下流场和温度场的分布特点,并将Re为0.8时中心线速度分布的模拟结果以及Re为34时y方向上速度分布的模拟结果与Oseen理论解和实验数据分别进行了对... 运用格子波尔兹曼方法(LBM)对流体外掠圆管的流动和换热进行了数值模拟,分析了不同雷诺数下流场和温度场的分布特点,并将Re为0.8时中心线速度分布的模拟结果以及Re为34时y方向上速度分布的模拟结果与Oseen理论解和实验数据分别进行了对比,具有很好的吻合度。此外,对曲面边界提出了固体内部节点选取方法,节点温度差分数值求解方法,使模拟方法具有良好的数值稳定性和精确性。数值计算结果表明格子波尔兹曼方法能有效模拟外掠圆管流体流动现象。 展开更多

关键词 格子波尔兹曼方法 曲面边界处理 非平衡态外推法 外掠圆管流体流动

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浸没边界格子Boltzmann方法的改进及转动圆柱绕流模拟 被引量：3

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作者 王露 李天匀 +1 位作者 朱翔 郭文杰 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2016年第6期97-103,共7页

针对浸没边界格子Boltzmann方法计算效率不足的问题,提出一种改进浸没边界格子Boltzmann方法。通过使用作用力格子Boltzmann模型,并简化流固耦合作用力的计算方法,使计算流程得到简化,同时,对比原方法转动圆柱绕流计算结果,计算时间缩... 针对浸没边界格子Boltzmann方法计算效率不足的问题,提出一种改进浸没边界格子Boltzmann方法。通过使用作用力格子Boltzmann模型,并简化流固耦合作用力的计算方法,使计算流程得到简化,同时,对比原方法转动圆柱绕流计算结果,计算时间缩短一半以上,提高了数值计算效率。结合改进算法研究转动圆柱绕流的流场升阻力系数、压力系数、流场速度等流体参数场随转速比的关系,揭示了一定的转动圆柱绕流动力学规律。研究结果表明,改进方法准确可靠。 展开更多

关键词 流固耦合 格子BOLTZMANN方法 浸没边界法 转动圆柱绕流

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基于隐式扩散的直接力格式浸没边界格子Boltzmann方法 被引量：6

6

作者 佟莹 夏健 +1 位作者 陈龙 薛浩天 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期94-105,共12页

采用浸没边界格子Boltzmann (immersed boundary-lattice Boltzmann, IB-LB)模型执行动边界绕流数值模拟时,信息交互界面和边界力计算格式直接影响流动求解器的数值精度和计算效率.基于隐式扩散界面,一种改进的直接力格式IB-LB模型被提... 采用浸没边界格子Boltzmann (immersed boundary-lattice Boltzmann, IB-LB)模型执行动边界绕流数值模拟时,信息交互界面和边界力计算格式直接影响流动求解器的数值精度和计算效率.基于隐式扩散界面,一种改进的直接力格式IB-LB模型被提出.边界力表达式基于欧拉/拉格朗日变量同一性准则推导,转换矩阵描述的信息交互界面耦合了拉格朗日节点间的非同步运动.采用Richardson迭代数值求解关联边界力与无滑移速度约束的线性方程组,不仅克服了传统速度修正格式中矩阵求逆引起的计算效率问题,而且摆脱了算法稳定性对拉格朗日点分布的依赖.根据解析解已知的Taylor-Green涡流评估本文模型的数值模拟精度,结果表明改进的IB模型能够完整保留背景LB模型的二阶数值精度.静止圆柱和振荡圆柱绕流数值实验结果表明,当前模型在涉及复杂外形和运动界面的流动模拟中能够提供可靠的数值预测,满足力同一性的IB-LB模型能够有效抑制非定常流体力的伪物理震荡.波动翼型绕流模拟验证了当前模型的实用性,可在大变形柔性体流固耦合动力学问题中进一步推广. 展开更多

关键词 格子BOLTZMANN方法 浸没边界方法 隐式扩散界面 直接力格式 可变形运动边界

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浸没边界–简化热格子Boltzmann方法研究及其应用 被引量：7

7

作者 李桥忠 陈木凤 +2 位作者 李游 牛小东 Adnan Khan 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期392-404,共13页

针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界–简化热格子玻尔兹曼方法 (immersed boundary method–simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度... 针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界–简化热格子玻尔兹曼方法 (immersed boundary method–simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度场,简化热格子玻尔兹曼方法 (simplified thermal lattice Boltzmann method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场的计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介入看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加简单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合传热问题的有效性和可行性. 展开更多

关键词 简化热格子Boltzmann方法 浸没边界法 流固耦合传热 自然对流

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利用高精度浸没边界-格子Boltzmann流固耦合格式模拟2维刚体自由沉降运动 被引量：2

8

作者 吴家阳 程永光 +1 位作者 张春泽 刁伟 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期29-34,共6页

自由刚体的流固耦合问题是计算流体动力学领域的热点问题,也是实际工程应用中的常见问题。为了利用基于迭代外力的浸没边界-格子Boltzmann(immersed boundary-lattice Boltzmann,IB-LB)耦合格式计算自由刚体的流固耦合问题,首先在原控... 自由刚体的流固耦合问题是计算流体动力学领域的热点问题,也是实际工程应用中的常见问题。为了利用基于迭代外力的浸没边界-格子Boltzmann(immersed boundary-lattice Boltzmann,IB-LB)耦合格式计算自由刚体的流固耦合问题,首先在原控制方程中添加自由刚体的运动方程组,然后利用IB-LB耦合格式离散并数值求解该数学模型。以两小球在水箱中的自由沉降运动为例,比较提出方法与其他流固耦合算法的计算结果。最后模拟富有挑战性的矩形平板在水箱中的飘动过程,捕捉到与实验数据相吻合的刚体运动轨迹和流态结构,通过对比提出方法和现有同类算法的单步平均耗时与平板平均速度,证明推广后的算法在复杂流固耦合问题模拟上有较高的计算效率和精度。 展开更多

关键词 流固耦合 浸没边界法 格子BOLTZMANN方法 刚体 自由下沉

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基于浸没边界法的水库变动水面模拟及验证 被引量：1

9

作者 周睿 程永光 吴家阳 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2020年第1期66-73,共8页

水库水面波动具有复杂的流动边界。对复杂边界条件的处理,将直接影响水资源的开发利用效果。为模拟真实水库自由液面的大幅变动,利用浸没边界法来处理水库自由液面的变动问题,比较水库水温分布、水库下泄水温和坝前垂向水温分布,并通过... 水库水面波动具有复杂的流动边界。对复杂边界条件的处理,将直接影响水资源的开发利用效果。为模拟真实水库自由液面的大幅变动,利用浸没边界法来处理水库自由液面的变动问题,比较水库水温分布、水库下泄水温和坝前垂向水温分布,并通过简单算例予以验证。结果表明:该方法具有良好的可行性和准确性,改进了水库变动水面预测方法,可用于研究水库水面的时空变化规律。 展开更多

关键词 水库 水温预测 格子BOLTZMANN方法 浸没边界法

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曲壁面两相流的简单扩散界面浸没边界法 被引量：1

10

作者 周锦翔 肖鸿威 +1 位作者 ADNAN Khan 牛小东 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第8期97-106,I0002,共11页

针对在欧拉-拉格朗日网格框架下曲边界上的两相流润湿边界条件实施问题,本文提出了一种简单扩散界面浸没边界法。在此方法的框架下,静止和移动曲边界的湿润边界条件都可以采用平板边界方式处理。在该方法中,我们在实际边界内外一个拉格... 针对在欧拉-拉格朗日网格框架下曲边界上的两相流润湿边界条件实施问题,本文提出了一种简单扩散界面浸没边界法。在此方法的框架下,静止和移动曲边界的湿润边界条件都可以采用平板边界方式处理。在该方法中,我们在实际边界内外一个拉格朗日网格间距处添加了两层虚拟贴体拉格朗日网格,并通过插值得到三层拉格朗日点上的序参数,从而得到实际的曲边界润湿条件。该方案实施思路简单,不仅适用于静止曲边界,还适用于复杂的运动曲边界。为了验证该方法的有效性,本文在广义守恒相场格子玻尔兹曼方法(LBM)框架下,模拟了静态液滴在圆柱上的铺展、动态液滴撞击圆柱、圆柱在水池中沉降三个问题。结果表明该方法能够有效地模拟曲面上的两相流动,具有良好的精度、鲁棒性和质量守恒性。 展开更多

关键词 湿润边界条件 格子玻尔兹曼方法 两相流 曲边界 浸没边界法

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基于改进的速度修正IB-MRT-LBM翼型绕流仿真

11

作者 张佳宁 刘开豪 +1 位作者 危远辉 潘佳振 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第19期7-14,共8页

在IB-MRT-LBM中,固体边界用拉格朗日点来表示,较多的拉格朗日点数量可以更为精准地反映出固体的几何特征,但拉格朗日点过于密集会降低计算的稳定性。基于拉格朗日插值速度修正的IB-MRT-LBM,针对拉格朗日点密集的浸没边界提出了一种改进... 在IB-MRT-LBM中,固体边界用拉格朗日点来表示,较多的拉格朗日点数量可以更为精准地反映出固体的几何特征,但拉格朗日点过于密集会降低计算的稳定性。基于拉格朗日插值速度修正的IB-MRT-LBM,针对拉格朗日点密集的浸没边界提出了一种改进的速度修正方法,对密集点边界进行三阶精度的插值修正,从而实现了计算快速收敛稳定。以NACA0012翼型为研究对象,采用二重网格加密方法对流场进行网格划分,对均匀来流下的静止翼型和升沉俯仰耦合运动翼型进行仿真。计算结果表明,改进的速度修正算法实现了密集点边界的稳定计算,为水翼、仿生推进器等复杂流固耦合问题提供了兼具高稳定性、高精度与低耗散特性的数值计算方法。 展开更多

关键词 浸没边界法 格子波尔兹曼法 流固耦合 多松弛时间模型 翼型绕流

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基于IBVCM的二维非定常动边界数值模拟研究

12

作者 卢海天 吴杰 赵宁 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第3期345-350,共6页

主要研究了影响非定常动边界问题的一些基本参数并分析了其与推进力的关系。数值模拟采用格子波尔兹曼方法求解流场信息,并用浸入边界速度修正方法进行边界处速度的修正。研究对象为二维情况下摆动的鱼,影响推进力的参数有鱼体的形状、... 主要研究了影响非定常动边界问题的一些基本参数并分析了其与推进力的关系。数值模拟采用格子波尔兹曼方法求解流场信息,并用浸入边界速度修正方法进行边界处速度的修正。研究对象为二维情况下摆动的鱼,影响推进力的参数有鱼体的形状、频率、波长、雷诺数。通过对各个参数的一系列模拟,得出其对推进力的不同影响关系。本文总共选取五种形状的鱼体,其运动模式为鱼体中线以行波的方式做横向摆动。最后,从涡的角度分析鱼的尾尖在不同位置时鱼体表面涡的分布情况,得到旋涡变化与鱼身运动的相互关系。通过研究发现,不同形状的鱼推进力不同,在高频、增大波长、增大雷诺数时,推进力增大。 展开更多

关键词 非定常动边界 格子波尔兹曼方法 浸入边界速度修正方法

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三角形布置圆柱体群绕流特性与流动机理研究 被引量：1

13

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

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刚性薄平板绕流特性的数值模拟 被引量：1

14

作者 蔚杰 武建军 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期699-708,共10页

为了揭示雷诺数、来流剪切参数对平板尾流涡街演化过程以及平板阻力特性的影响规律,本文基于浸没边界-格子Boltzmann方法建立了刚性薄平板绕流模型,并在雷诺数为100~1200内,对不同雷诺数与来流剪切参数下的刚性薄平板绕流问题进行数值... 为了揭示雷诺数、来流剪切参数对平板尾流涡街演化过程以及平板阻力特性的影响规律,本文基于浸没边界-格子Boltzmann方法建立了刚性薄平板绕流模型,并在雷诺数为100~1200内,对不同雷诺数与来流剪切参数下的刚性薄平板绕流问题进行数值模拟。分别研究了平板尾流区沿流向的2次失稳跃迁过程以及平板流向载荷随来流剪切参数的变化及其对雷诺数的依赖性,并对其机理进行了讨论。研究表明:随着流场剪切参数的增加,平板近尾流经过数次准周期分岔过程进入了由大尺度涡结构所主导的混沌状态,进一步诱发了低频、混沌的结构阻力;雷诺数越大,向混沌特征流向载荷转变所需的临界剪切参数越小。 展开更多

关键词 雷诺数 来流剪切参数 浸没边界-格子Boltzmann方法 刚性薄平板 尾流 失稳 分岔 阻力

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基于不同网格结构的LBM算法研究 被引量：7

15

作者 安博 桑为民 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期699-706,共8页

传统的格子波尔兹曼方法(lattice--Boltzmann method,LBM)通常基于标准均匀网格,这主要取决于速度的空间离散格式.均匀网格结构的特点,使LBM在处理具有复杂边界的问题时遇到较大的困难,从而限制了它的应用.另外,对于较为复杂的流动,其... 传统的格子波尔兹曼方法(lattice--Boltzmann method,LBM)通常基于标准均匀网格,这主要取决于速度的空间离散格式.均匀网格结构的特点,使LBM在处理具有复杂边界的问题时遇到较大的困难,从而限制了它的应用.另外,对于较为复杂的流动,其流场存在流动变化剧烈和平缓的区域,在流动变化剧烈的区域,往往需要足够的网格点才能更好地捕捉到流场信息,而均匀网格会使得网格数量过多,这会增加计算量,但网格数量过少又无法获得必要的流场信息,使LBM的计算效率降低.为了解决上述问题,用不同的网格结构,以顶盖驱动的腔体内流、柱体绕流和翼型绕流为例,探讨了提高LBM算法的计算效率和适用性问题. 展开更多

关键词 格子波尔兹曼方法 复杂边界 计算效率 网格结构 腔体内流 翼型绕流

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从水动力学角度分析深潭对产漂流性卵鱼类繁衍的生态学意义 被引量：2

16

作者 李涛 张春泽 +1 位作者 周勤 赵旭 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 2022年第5期32-37,共6页

深潭浅滩连续分布是产漂性卵鱼类产卵场的典型特征.为了探究深潭对于鱼类产卵繁衍的生态学意义,利用单相自由液面Lattice-Bolzmann方法对不同来流条件下各类深潭内流场进行模拟,分析其主要水动力特征及影响因素.通过理论分析研究鱼卵在... 深潭浅滩连续分布是产漂性卵鱼类产卵场的典型特征.为了探究深潭对于鱼类产卵繁衍的生态学意义,利用单相自由液面Lattice-Bolzmann方法对不同来流条件下各类深潭内流场进行模拟,分析其主要水动力特征及影响因素.通过理论分析研究鱼卵在涡旋中的受力与运动模式,并针对理想涡旋与实际深潭中鱼卵运动过程分别开展数值模拟,探究鱼卵颗粒的运动规律和持续时间.结果表明:涡旋流动是深潭内的重要流场特征,涡旋数量与大小主要由河道流速及深潭形态决定.由于与主流存在显著的流速差异,当主流流速过高时,深潭可以为亲鱼提供丰富的宜产卵流速选择.另外,产在潭内的鱼卵在径向压差力作用下,能够在深潭内作比较稳定的离心涡旋运动,最终到达涡旋外周进入主流界面,该随流运动过程不但可以为鱼卵受精提供适宜的水动力环境,还能在主流流速较低时,增加鱼卵有效漂程,降低鱼卵沉底死亡风险. 展开更多

关键词 鱼卵运动学 涡旋 漂流性鱼卵 深潭-浅滩 浸没边界-格子Boltzmann方法

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