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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

发布时间:2018-11-21 09:39
【摘要】: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。
[Abstract]:The fluid-solid coupling of free rigid bodies is a hot issue in the field of computational fluid dynamics (CFD), and it is also a common problem in practical engineering applications. In order to solve the fluid-solid coupling problem of a free rigid body by means of the immersed boundary lattice Boltzmann (immersed boundary-lattice Boltzmann,IB-LB) coupling scheme based on iterative external forces, the equations of motion of the free rigid body are first added to the original governing equation. Then the IB-LB coupling scheme is used to discretize and solve the mathematical model numerically. Taking the free settlement motion of two small spheres in the tank as an example, the results of the proposed method are compared with those of other fluid-solid coupling algorithms. Finally, the floating process of a challenging rectangular plate in a water tank is simulated, and the motion trajectory and flow structure of a rigid body consistent with the experimental data are captured. By comparing the proposed method with the single step average time consuming and the plate average velocity of the existing algorithms, it is proved that the generalized algorithm has high computational efficiency and accuracy in the simulation of complex fluid-solid coupling problems.
【作者单位】: 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(11172219) 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20130141110013)
【分类号】:O35

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