【摘 要】
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格子玻尔兹曼方法是一种基于运动论描述粒子运动的流体力学计算方法。在过去20年中,成功应用于很多领域并取得了长足的发展。它的演化方程形式简单,容易编程,适合并行,有很多其他
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格子玻尔兹曼方法是一种基于运动论描述粒子运动的流体力学计算方法。在过去20年中,成功应用于很多领域并取得了长足的发展。它的演化方程形式简单,容易编程,适合并行,有很多其他数值方法没有的优点。 在传统格子模型的基础上,本文进一步研究了格子玻尔兹曼方法的演化机理。为能有效地模拟高雷诺数下流体的流动,采用多松弛时间模型处理碰撞项并且加入了大涡模拟湍流模型。为修正格子玻尔兹曼方法的压缩性误差,通过修正平衡态分布函数的不可压缩模型代替原有模型,提高了稳定性。在处理复杂边界上,采用了基于线性插值的回弹边界格式,这种格式适用于任意位置处的直线固壁和曲线固壁边界,且能保证二阶精度。 运用C++编写完整的并行程序,为实现复杂模型的大规模并行计算打好了基础。程序的网格前处理模块能够处理任意复杂模型,有较好的实用性;并行求解器模块能够处理高雷诺数下大规模网格的并行计算。 为验证程序的可行性和精度,首先计算了不同雷诺数下的二维圆柱绕流问题,计算条件包括Re=20、Re=100的管内绕流和Re=100、Re=10000的开放流场绕流。计算得出的涡量分布、升阻力系数和斯特劳哈尔数与N-S方程的计算结果能够较好地吻合,为高雷诺数复杂模型的计算提供了依据。 最后将程序运用于三维CRH3列车简化外型的绕流计算,得到了列车在不同运行阶段下的流场,比较了不同雷诺数下升阻力系数的变化情况。 本文对格子玻尔兹曼方法及其在绕流问题中的应用作了初步探讨,为真实工程计算提供了完整的计算方法和流程。
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