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基于格子Boltzmann方法的二维自由射流数值模拟
| 论文题名： | 基于格子Boltzmann方法的二维自由射流数值模拟 |
| 关键词： | 二维自由射流;格子波尔兹曼方法;射流场特征;数值模拟;适用性 |
| 摘要： | 射流是流体力学研究的重要内容之一,通常是紊流流型,在潜艇排水口、泵喷推进器降噪优化设计中有着重要的研究价值。格子Boltzmann方法是流体运动数值模拟新方法,具有计算效率高、边界施加方便、物理图像清晰等优点。本文选用格子波尔兹曼方法编程对二维自由射流问题进行研究,分析射流场特征,验证格子Boltzmann方法射流模拟的适用性。 格子Boltzmann方法是一种介观方法,它从微观角度出发,用粒子分布函数的碰撞和迁移来描述宏观流动现象。本文采用格子Boltzmann方法单松弛模型模拟低雷诺数稳定射流,高雷诺数湍射流则采用大涡模拟与格子Boltzmann算法相结合的多松弛大涡模拟模型,雷诺数从变化范围10~100000。通过与CFD常用软件Fluent计算结果对比,验证格子Boltzmann方法射流模拟的可行性。同时讨论了雷诺数变化、管长变化对二维自由射流场的影响,浅析了格子Boltzmann单松弛模型与多松弛模型的稳定性比较、射流稳态与非稳态转折点。主要结论如下: 本文用格子Boltzmann方法对低雷诺数稳定射流模拟效果很好,而湍射流的模拟结果与Fluent有所差别,但仍能描述湍射流流场特征以及涡的脱落、合并和发展过程。雷诺数越高,射流向下游发展距离越远,轴线速度衰减越慢。低雷诺数下,管长对射流场特征分布几乎没影响,随着雷诺数的增长,射流宽度变窄;高雷诺数下,管长越长,湍流发展越充分,轴线速度越大,随着雷诺数的增长,射流宽度变宽。通过比较不同雷诺数下的射流涡量图,预测雷诺数700左右是二维自由射流稳态、非稳态转折点。 |
| 作者： | 黄兴 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 侯国祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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