基于修正格子Boltzmann方法的大雷诺数Herschel-Bulkley流动分析
发布时间：2021-08-27 12:26
传统LBM方法在用来分析大雷诺数非牛顿流体时,体现出较低的稳定性和精度,当逐步增大雷诺数到一定数值时,此种现象更为突出。文中针对这个问题,提出一种修正LBM可以有效提高大雷诺数的Herschel-Bulkley流体流动分析时的稳定性和精度,将Herschel-Bulkley流体的非牛顿性看作一项特殊的外力项,并将上述提出的方法应用于顶盖驱动流的数值模拟分析中,讨论了在剪切变稀和剪切增稠两种情况下,逐步增大雷诺数时流线图以及主涡中心位置的变化,结果证明提出的方法可以有效应用于大雷诺数Herschel-Bulkley流体流动的分析中。为了验证此方法的可行性,利用泊肃叶流的理论解与上述方法的数值解进行对比,并分析了初始屈服应力,幂律指数以及格子大小对LBM数值模拟结果的影响。
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
相对误差Fig.2只elativeErrora
０．１，其他三面均??不设置速度，动力黏度设置为（）．〇１，则通过改变ｉ??的大小即可控制雷诺数的大校??下面将对ｎ?＜?１与ｎ?＞１两种情况分别进行讨??论，ｎ?＜?１时，对应的是剪切变稀型流体，这里取??ｎ＝０．９；?ｎ?＞?１时，对应的是剪切增稠型流体，这里??取?ｎ＝１．３。??３＿１?ｎ＝０．９?的?Ｈｅｒｓｃｈｅｌ－Ｂｕｌｋｌｅｙ?顶盖驱动流??ｎ＝０．９，设置四组不同雷诺数进行分析，其雷诺??数分别为１５００，?４０００，?７５００及９０００，获得的流线??图如图３所示，每个流线图主涡的中心坐标如表１??所示．??根据流线图可以看出，当雷诺数逐渐增大到??９０００时，数值模拟结果一直是稳定的，主涡的中心??位置大体一致，但是在／？ｃ＝９０００时，主涡的形状开??（ａ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝１５００??（ｂ）办＝４０００时的流线图??（ｂ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝４０００??（ｃ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?Ｒｅ＝１５００??（ｄ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝９０００??图３?ｎ＝０．９时，不同雷诺数的流线图??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?ｎ＝０．９?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｒｅｙｎｏｌｄｓ??ｎｕｍｂｅｒｓ??始发生明显的变化，主涡的中心位置也偏离方腔中??心较远，此时考虑是由于随着雷诺数的增大，流体??逐渐由稳流状态变为了湍流状态。??表１?ｒｔ＝０．９时，不同雷诺数，主涡的中心位置??Ｔａｂｌｅ?１?Ｔｈｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｖｏｒｔｅｘｅｓ?ｆｏｒ?ｎ＝０．９?ｗｉｔｈ??ｄｉｆｆｅｒ
２６２０??工程热物理学报??４０卷??数分别为１５００，?４０００，?７５００及９０００，获得的流线??图如图４所示，每个流线图主涡的中心坐标如表２??所示．??根据流线图可以看出，当雷诺数逐渐增大时，数??值模拟结果相对稳定，与剪切变稀型流体相比，当??ｆｌｅ＝９（Ｋ）０时，流线图仍表现出相对规则的形状。??根据表２可知，随着雷诺数増大，主涡的中心??位置逐渐向方腔的中心靠近，与ｎ＝０．９的情况相比??有所不同，特别是＂ｅ＝９０００时的结果。因此，幂律??指数ｎ对数值分析的结果有较为重要的影响。??对比图３和图４，表１和表２，可以发现，在相同??（ａ）／？ｅ＝１５００时的流线图??（ａ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?１５００??（ｂ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝４０００??（ｃ）?／？ｅ＝７５００时的流线图??（ｃ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝７５００??（ｄ）心＝９０００时的流线图??（ｄ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝９０００??图４?ｎ＝１．３时，不同雷诺数的流线图??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?ｎ＝１．３?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ，?Ｒｅｙｎｏｌｄｓ??ｎｕｍｂｅｒｓ??表２?ｎ＝１．３时，不同雷诺数，主涡的中心位置??Ｔａｂｌｅ?２?Ｔｈｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｖｏｒｔｅｘｅｓ?ｆｏｒ?ｎ＝１．３?ｗｉｔｈ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｒｅｙｎｏｌｄｓ?ｎｕｍｂｅｒ??雷诺数??主涡中心位置??１５００??（０．５３２１，?０．５９５５）??４０００??（０．５１３９，?０．５６６４）??７５００??（０．５１０１
【参考文献】：
期刊论文
[1]Herschel-Bulkley流体的修正多松弛参数格子玻尔兹曼方法[J]. 吴伟伟,黄筱调,袁鸿. 工程热物理学报. 2017(09)
[2]幂律流体扩展流动的格子Boltzmann模拟分析[J]. 何录武,薛盼,李勇. 兰州大学学报(自然科学版). 2016(05)
[3]基于波尔兹曼方法研究幂律流体的椭圆柱绕流[J]. 吴天,李勇,苏永升. 力学与实践. 2015(05)
[4]泥石流入汇主河的格子Boltzmann模拟[J]. 王沁,姚令侃,何平,汤家法. 自然灾害学报. 2005(03)
本文编号：3366351
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
相对误差Fig.2只elativeErrora
０．１，其他三面均??不设置速度，动力黏度设置为（）．〇１，则通过改变ｉ??的大小即可控制雷诺数的大校??下面将对ｎ?＜?１与ｎ?＞１两种情况分别进行讨??论，ｎ?＜?１时，对应的是剪切变稀型流体，这里取??ｎ＝０．９；?ｎ?＞?１时，对应的是剪切增稠型流体，这里??取?ｎ＝１．３。??３＿１?ｎ＝０．９?的?Ｈｅｒｓｃｈｅｌ－Ｂｕｌｋｌｅｙ?顶盖驱动流??ｎ＝０．９，设置四组不同雷诺数进行分析，其雷诺??数分别为１５００，?４０００，?７５００及９０００，获得的流线??图如图３所示，每个流线图主涡的中心坐标如表１??所示．??根据流线图可以看出，当雷诺数逐渐增大到??９０００时，数值模拟结果一直是稳定的，主涡的中心??位置大体一致，但是在／？ｃ＝９０００时，主涡的形状开??（ａ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝１５００??（ｂ）办＝４０００时的流线图??（ｂ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝４０００??（ｃ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?Ｒｅ＝１５００??（ｄ）?Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?／？ｅ＝９０００??图３?ｎ＝０．９时，不同雷诺数的流线图??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ?ｆｏｒ?ｎ＝０．９?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｒｅｙｎｏｌｄｓ??ｎｕｍｂｅｒｓ??始发生明显的变化，主涡的中心位置也偏离方腔中??心较远，此时考虑是由于随着雷诺数的增大，流体??逐渐由稳流状态变为了湍流状态。??表１?ｒｔ＝０．９时，不同雷诺数，主涡的中心位置??Ｔａｂｌｅ?１?Ｔｈｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｖｏｒｔｅｘｅｓ?ｆｏｒ?ｎ＝０．９?ｗｉｔｈ??ｄｉｆｆｅｒ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Herschel-Bulkley流体的修正多松弛参数格子玻尔兹曼方法[J]. 吴伟伟,黄筱调,袁鸿. 工程热物理学报. 2017(09)
[2]幂律流体扩展流动的格子Boltzmann模拟分析[J]. 何录武,薛盼,李勇. 兰州大学学报(自然科学版). 2016(05)
[3]基于波尔兹曼方法研究幂律流体的椭圆柱绕流[J]. 吴天,李勇,苏永升. 力学与实践. 2015(05)
[4]泥石流入汇主河的格子Boltzmann模拟[J]. 王沁,姚令侃,何平,汤家法. 自然灾害学报. 2005(03)
本文编号：3366351
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