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基于对流扩散系统的不可压Navier-Stokes方程的多分布正则化格子Boltzmann方法
1
作者
赵勇
葛懿萱
+2 位作者
陈鑫梦
陈震宇
汪垒
《力学学报》
北大核心
2025年第7期1597-1610,共14页
不可压Navier-Stokes方程组在环境科学、生物医学和流体力学等众多科学领域都扮演着十分重要的角色.发展求解不可压Navier-Stokes方程组的稳定高效数值模拟方法具有重要的科学价值和实际意义.为此,提出了一种求解不可压Navier-Stokes方...
不可压Navier-Stokes方程组在环境科学、生物医学和流体力学等众多科学领域都扮演着十分重要的角色.发展求解不可压Navier-Stokes方程组的稳定高效数值模拟方法具有重要的科学价值和实际意义.为此,提出了一种求解不可压Navier-Stokes方程组的多分布正则化格子Boltzmann(MDF-RLB)模型.该模型的核心思想是将不可压Navier-Stokes方程组转换为一个耦合的对流扩散系统,并针对该系统进行正则化格子Boltzmann方法的建模,即为系统中的每一个对流扩散方程(CDE)构造一个分布函数的演化方程.接着,通过Chapman-Enskog分析证明了该模型能够准确恢复基于对流扩散系统的不可压Navier-Stokes方程组.此外,本文推导了利用分布函数的零阶矩和一阶矩直接计算速度和压力,以及利用非平衡态分布函数的一阶矩来局部计算速度梯度、速度散度、应变率张量、切应力和涡度的公式.最后,通过一系列的基准解算例:二维泊肃叶流、简化二维四辊轧机问题以及二维顶盖驱动方腔流验证了本模型和这些物理量的局部计算格式的有效性和准确性.通过数值测试发现本模型和我们所提出的一些物理量的局部格式在空间上具有二阶收敛速率.同时,与多分布多松弛的格子Boltzmann(MDF-MRTLB)模型相比,MDF-RLB模型在某些情况下模拟结果更精确,且MDF-RLB模型具有更高的计算效率,计算时间减少了7%以上.
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关键词
格子BOLTZMANN方法
不可压Navier-Stokes方程组
对流扩散系统
多重分布函数
正则化
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职称材料
题名
基于对流扩散系统的不可压Navier-Stokes方程的多分布正则化格子Boltzmann方法
1
作者
赵勇
葛懿萱
陈鑫梦
陈震宇
汪垒
机构
长沙理工大学
数学
与统计学院
长沙理工大学工程数学建模与分析湖南省重点实验室
中船九江海洋装备(集团)有限公司
长沙理工大学
物理与电子科学学院
中国地质
大学
(武汉)
数学
与物理学院
出处
《力学学报》
北大核心
2025年第7期1597-1610,共14页
基金
湖南省教育厅科学研究项目(24B0310)
国家自然科学基金(12302373和12472297)资助。
文摘
不可压Navier-Stokes方程组在环境科学、生物医学和流体力学等众多科学领域都扮演着十分重要的角色.发展求解不可压Navier-Stokes方程组的稳定高效数值模拟方法具有重要的科学价值和实际意义.为此,提出了一种求解不可压Navier-Stokes方程组的多分布正则化格子Boltzmann(MDF-RLB)模型.该模型的核心思想是将不可压Navier-Stokes方程组转换为一个耦合的对流扩散系统,并针对该系统进行正则化格子Boltzmann方法的建模,即为系统中的每一个对流扩散方程(CDE)构造一个分布函数的演化方程.接着,通过Chapman-Enskog分析证明了该模型能够准确恢复基于对流扩散系统的不可压Navier-Stokes方程组.此外,本文推导了利用分布函数的零阶矩和一阶矩直接计算速度和压力,以及利用非平衡态分布函数的一阶矩来局部计算速度梯度、速度散度、应变率张量、切应力和涡度的公式.最后,通过一系列的基准解算例:二维泊肃叶流、简化二维四辊轧机问题以及二维顶盖驱动方腔流验证了本模型和这些物理量的局部计算格式的有效性和准确性.通过数值测试发现本模型和我们所提出的一些物理量的局部格式在空间上具有二阶收敛速率.同时,与多分布多松弛的格子Boltzmann(MDF-MRTLB)模型相比,MDF-RLB模型在某些情况下模拟结果更精确,且MDF-RLB模型具有更高的计算效率,计算时间减少了7%以上.
关键词
格子BOLTZMANN方法
不可压Navier-Stokes方程组
对流扩散系统
多重分布函数
正则化
Keywords
lattice Boltzmann method
incompressible Navier-Stokes equations
convection-diffusion-system
multiple-distribution-function
regularized
分类号
O35 [理学—流体力学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于对流扩散系统的不可压Navier-Stokes方程的多分布正则化格子Boltzmann方法
赵勇
葛懿萱
陈鑫梦
陈震宇
汪垒
《力学学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
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