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相似文献
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1.
认识稀薄气体动力学   总被引:7,自引:0,他引:7  
沈青 《力学与实践》2002,24(6):1-14
以通俗易懂的方式介绍了空气动力学当气体间断分子效应显著时发展起来的特殊分文——稀薄气体动力学、讨论了非平衡现象与稀薄气体动力学的关系.通过与8速度气体模型的间断Boltzmann方程的对比,解释了Boltzmann方程碰撞项的物理意义和数学困难,简要综述了其一般解法、讨论了分子在物体表面的反射和问题的边界条件,着重介绍了直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法和为克服低速稀薄流动(如MEMS中流动)中模拟困难的信息保存(IP)方法。  相似文献   

2.
气体运动论数值算法在微槽道流中的应用研究   总被引:1,自引:1,他引:1  
简要介绍基于Boltzmann模型方程的气体运动论数值算法基本思想及其对二维微槽道流动问题数值计算的推广,并阐述适用于微尺度流动问题的气体运动论边界条件数值处理方法。通过对压力驱动的二维微槽道流动问题进行数值模拟,将不同Knudsen数下的微槽道流计算结果分别与有关DSMC模拟值和经滑移流理论修正的N—S方程解进行比较分析,表明基于Boltzmann模型方程的气体运动论数值算法对微槽道气体流动问题具有很好的模拟能力。  相似文献   

3.
基于Boltzmann模型方程的气体运动论统一算法研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
李志辉  张涵信 《力学进展》2005,35(4):559-576
模型方程出发,研究确立含流态控制参数可描述不同流 域气体流动特征的气体分子速度分布函数方程; 研究发展 气体运动论离散速度坐标法, 借助非定常时间分裂数值计算方法和NND差分格式, 结 合DSMC方法关于分子运动与碰撞去耦技术, 发展直接求解速度分布函数的气体运动论耦合 迭代数值格式; 研制可用于物理空间各点宏观流动取矩的离散速度数值积分方法, 由此提出 一套能有效模拟稀薄流到连续流不同流域气体流动问题统一算法. 通过对不同Knudsen数下 一维激波内流动、二维圆柱、三维球体绕流数值计算表明, 计算结果与有关实验数据及其它 途径研究结果(如DSMC模拟值、N-S数值解)吻合较好, 证实气体运动论统一算法求解各 流域气体流动问题的可行性. 尝试将统一算法进行HPF并行化程序设计, 基于对球体绕流及类 ``神舟'返回舱外形绕流问题进行HPF初步并行试算, 显示出统一算法具有很好的并 行可扩展 性, 可望建立起新型的能有效模拟各流域飞行器绕流HPF并行算法研究方向. 通过将气体运 动论统一算法推广应用于微槽道流动计算研究, 已初步发展起可靠模拟二维短微槽道流动数 值算法; 通过对Couette流、Poiseuille流、压力驱动的二维短槽道流数值模拟, 证实该 算法对微槽道气体流动问题具有较强的模拟能力, 可望发展起基于Boltzmann模型方程能可 靠模拟MEMS微流动问题气体运动论数值计算方法研究途径.  相似文献   

4.
采用格子Boltzmann方法(LBM)对过渡区内的微尺度气体流动进行了模拟研究. 在已有 滑移区微流动LBM模型中引入Knudsen层速度修正,选取合适的修正函数表达式并依据动理 论确定了可调参数的合理取值. 在边界条件的处理格式上,采用了适合过渡区模拟的高阶滑 移边界的替代格式来捕捉过渡区微流动的滑移速度,避免了直接求解高阶速度导数项的数值 困难. 通过对两类不同的微流动进行模拟的结果表明:与数值解吻合得较好,尤其是对 Kn>0.5微流动滑移速度的预测,与已有LBM的模拟结果相比有明显的提高.  相似文献   

5.
本文运用信息保存法对低速二维的流动现象进行模拟,考察了低速条件下的有限平板绕流以及微槽道气体流动问题。研究表明:在对低速流动的模拟过程中,运用IP法在能够获得较好的结果的同时,具有比DSMC方法更高的计算效率。  相似文献   

6.
谢翀  樊菁 《力学学报》2007,39(1):1-6
对微尺度气体流动,Navier-Stokes方程和一阶速度滑移边界条件的结果与实验数据相比,在滑移区相互符合,在过渡领域则显著偏离.为改善Navier-Stokes方程在过渡领域的表现,有些研究者尝试引入二阶速度滑移边界条件,如Cercignani模型,Deissler模型和Beskok-Karniadakis模型.以微槽道气体流动为例,将Navier-Stokes方程在不同的二阶速度滑移模型下的结果与动理论的直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法和信息保存(IP)方法以及实验数据进行比较.在所考察的3种具有代表性的二阶速度滑移模型中,Cercignani模型表现最好,其所给出的质量流率在Knudsen数为0.4时仍与DSMC和IP结果相符;然而,细致比较表明,Cercignani模型给出的物面滑移速度及其附近的速度分布在滑流区和过渡领域的分界处(Kn=0.1)已明显偏离DSMC和IP的结果.  相似文献   

7.
李勇  钱蔚旻  何录武 《力学季刊》2019,40(3):567-576
挤出胀大的数值模拟是非牛顿流体研究中具有挑战性的问题.本文运用格子Boltzmann方法(LBM)分析Oldroyd-B和多阶松弛谱PTT粘弹流体的挤出胀大现象,采用颜色模型模拟出口处粘弹流体和空气的两相流动,通过重新标色获得两种流体的界面,并最终获得胀大的形状.Navier-Stokes方程和本构方程的求解采用双分布函数模型.将胀大的结果与解析解、实验解和单相自由面LBM结果进行了比较,发现格子Boltzmann两相模型结果与解析解和实验结果相吻合,相比于单相模型,收敛速度更快,解的稳定性更高.研究了流道尺寸对胀大率的影响,并对挤出胀大的内在机理进行了分析.  相似文献   

8.
蒋建政  沈青  樊菁 《力学学报》2007,39(2):145-152
不同形状微尺度管道(圆形、六边形、半圆形、不同宽高比的矩形)中的气体流动特性是微机电系统设计最为关心的问题之一.文中利用信息保存(IP)方法和直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法进行研究,给出两种方法的计算结果相互符合,并与其它研究者的BGK模型方程计算结果进行了比较.对于微尺度管道中关心的低Mach数流动, IP方法的统计收敛效率明显优于DSMC方法.通过拟合IP和DSMC结果,给出了圆形、六边形、半圆形、不同宽高比的矩形截面情况下无量纲质量流率与等效Knudsen数的关系.  相似文献   

9.
李勇  尤文玉  何录武 《力学季刊》2016,37(2):284-292
将单相格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method, LBM)引入到粘弹流体的瞬态挤出胀大的数值模拟中,建立了基于双分布函数的自由面粘弹性流动格子Boltzmann模型.分析得到的流道中流动速度分布和构型张量结果与理论解十分吻合.对粘弹流体瞬态挤出胀大过程进行了模拟,并分析了运动粘度比和剪切速率对挤出胀大率的影响,得到的胀大率结果与理论分析和其它模拟结果基本一致.表明给出的LBM可以捕捉挤出胀大的瞬态效应.  相似文献   

10.
模拟MKDV方程的格子BGK模型   总被引:1,自引:0,他引:1  
目前,格子Boltzmann方法已被广泛应用于模拟各种非线性方程.文中用D1Q4模型给出MKDV方程的带修正项的BGK型格子Boltzmann法.数值模拟与理论结果吻合很好.  相似文献   

11.
A hybrid phase field multiple relaxation time lattice Boltzmann method (LBM) is presented in this paper for simulation of multiphase flows with large density contrast. In the present method, the flow field is solved by a lattice Boltzmann equation. Concurrently, the interface of two fluids is captured by solving the macroscopic Cahn‐Hilliard equation using the upwind scheme. To be specific, for simulation of the flow field, an lattice Boltzmann equation (LBE) model developed in Shao et al. (Physical Review E, 89 (2014), 033309) for consideration of density contrast in the momentum equation is used. Moreover, in the present work, the multiple relaxation time collision operator is applied to this LBE to enable simulation of problems with large viscosity contrast or high Reynolds number. For the interface capturing, instead of solving another set of LBE as in many phase field LBMs, the macroscopic Cahn‐Hilliard equation is directly solved by using a weighted essentially non‐oscillatory scheme. In this way, the present hybrid phase field LBM shares full advantages of the phase field LBM while enhancing numerical stability. The ability of the present method to simulate multiphase flow problems with large density contrast is demonstrated by several numerical examples. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

12.
In this study, the numerical models for swirling flows developed by Li et al and Zhou for lattice Boltzmann method (LBM) are chosen. These models were firstly validated using the Couette-Taylor flow between two concentric cylinders simulations. Numerical results showed the efficiency of the Zhou's model. Numerical simulation results using LBM are in good agreement for the steady and unsteady regimes compared to the literature review. In a second step, the Zhou model was then adopted to our study to determine the Couette-Taylor instabilities with an axial flow. Two protocols are tested. The first one (direct protocol) starts with an azimuthal flow without any axial flow (Re = 0). Once the regime is established, an axial flow is then superposed to the Couette-Taylor flow (with a sudden or a progressive manner). The second protocol (inverse protocol) starts with an axial flow at a given Reynolds number (Poiseuille flow). Once the regime is established, an azimuthal flow is the executed (with a sudden or a progressive manner). The effect of various parameters controlling the physical situation is also discussed. The increase of the azimuthal velocity mainly led to the emergence and development of Taylor vortices. Its influence decreases when the axial Reynolds number increases. The relevant result for this study is the change of the critical axial Reynolds number Rec (total disappearance of instabilities) with both protocols and both manners.  相似文献   

13.
格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)能够直接计算局部剪切速率并可以达到二次精度,因此在非牛顿流动数值模拟中展现出一定优势。尽管已证实LBM 对于非牛顿流动的适用性,但是LBM 需要通过即时调节BGK(Bhatnagar-Gross-Krook)碰撞项中的松弛时间来实时反映黏度改变,当松弛时间接近1/2 时,迭代会出现数值不稳定现象。该文对LBM 在非牛顿流体研究中的进展进行了总结,介绍了增加数值稳定性的方法并对结果的精度进行了比较,在此基础上对LBM 在非牛顿研究中的进一步发展进行了展望。  相似文献   

14.
电流变悬浮液内部结构对外电场的快速响应发生在指定的控制空间中,在这一特指的时间和空间尺度上电流变悬浮液的物理行为特征主要为剪切速率低和流动阻尼大,即Mach和Reynolds数一般不大,可以视为微尺度流动来加以研究。针对这一流动特征,基于介观动理论的格子Boltzmann方法,建立了电流变悬浮液两相流动的离散颗粒运动模型,通过该模型进行了动力学模拟,结果表明,该模型解决了分子动力学模型难以描述的因颗粒运动造成局部流场流变特性改变的难题,以及该流场双向耦合过程中对颗粒运动的影响。  相似文献   

15.
A high‐order compact finite‐difference lattice Boltzmann method (CFDLBM) is proposed and applied to accurately compute steady and unsteady incompressible flows. Herein, the spatial derivatives in the lattice Boltzmann equation are discretized by using the fourth‐order compact FD scheme, and the temporal term is discretized with the fourth‐order Runge–Kutta scheme to provide an accurate and efficient incompressible flow solver. A high‐order spectral‐type low‐pass compact filter is used to stabilize the numerical solution. An iterative initialization procedure is presented and applied to generate consistent initial conditions for the simulation of unsteady flows. A sensitivity study is also conducted to evaluate the effects of grid size, filtering, and procedure of boundary conditions implementation on accuracy and convergence rate of the solution. The accuracy and efficiency of the proposed solution procedure based on the CFDLBM method are also examined by comparison with the classical LBM for different flow conditions. Two test cases considered herein for validating the results of the incompressible steady flows are a two‐dimensional (2‐D) backward‐facing step and a 2‐D cavity at different Reynolds numbers. Results of these steady solutions computed by the CFDLBM are thoroughly compared with those of a compact FD Navier–Stokes flow solver. Three other test cases, namely, a 2‐D Couette flow, the Taylor's vortex problem, and the doubly periodic shear layers, are simulated to investigate the accuracy of the proposed scheme in solving unsteady incompressible flows. Results obtained for these test cases are in good agreement with the analytical solutions and also with the available numerical and experimental results. The study shows that the present solution methodology is robust, efficient, and accurate for solving steady and unsteady incompressible flow problems even at high Reynolds numbers. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

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