适合飞溅流动的格子Boltzmann方法数值研究
飞溅流动是一种非定常气液两相流动,此类流动中气液界面的运动十分复杂.近年来针对这类问题的数值研究越来越多,但精细描述飞溅流动的数值方法并不成熟,尤其是针对大尺度飞溅现象的模拟,计算精度和计算规模都不甚理想.格子Boltzma nn方法(LBM)基于介观动理论方程,兼顾流体系统的微观特性和宏观特性,在飞溅流动问题的研究上具有很大潜力.本文尝试发展一种适合模拟飞溅流动的LBM方法.首先,在LBM单相自由面模型的基础上,通过一系列数值处理技术引入重力作用、运动边界、湍流影响,发展了一种适用于飞溅流动数值模拟的LBM模型;然后,考虑到工程应用对数值计算效率的要求,本文对LBM程序分别作了MPI、CUDA并行化处理,皆取得了理想的加速效果.由于LBM M PI程序在计算规模上具有更广的适用范围,因此本文在研究物体入水的飞溅流动时采用该程序进行数值计算.本文首先通过三维圆盘入水算例验证了上述LBM模型在飞溅流动的数值模拟上具有优良的精度.然后,本文采用二维LBM程序模拟楔形体入水问题,模拟得到压力场变化过程以及楔面上压力分布,对比可知其与文献结果相一致.最后,本文通过三维楔形体入水算例研究了影响物体入水飞溅的因素,包括网格因素和流体动力学因素,研究得到适用于工程计算的网格参数及显著影响入水飞溅形态的Fr数区间和Re数区间.本文的研究表明了LBM方法在飞溅流动数值模拟中的良好应用前景,为今后进一步完善描述飞溅流动的LBM模型奠定了坚实基础.
- 作者：
- 韩文骥
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 流体力学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 颜开；褚学森
- 中图分类号：
- O359
- 关键词：
- 格子Boltzmann方法；飞溅流动；单相自由面模型；并行计算
- lattice Boltzmann method； splash flow； single-phase free surface model； parallel computation