LBM非平衡外推格式计算圆柱边界的代码

时间: 2023-12-11 20:05:49 浏览: 58
以下是使用LBM非平衡外推格式计算圆柱边界的简单示例代码: ```python import numpy as np from numba import jit # 定义常量 nx = 101 # 网格数 ny = 101 Lx = 1.0 # 区域大小 Ly = 1.0 dx = Lx / (nx - 1) # 网格间距 dy = Ly / (ny - 1) dt = 1e-3 # 时间步长 T = 5.0 # 总时间 nu = 0.1 # 动力粘度系数 Re = 50.0 # 雷诺数 omega = 1.0 / (3.0 * nu + 0.5) # 松弛频率 cx = np.array([0, 1, 0, -1, 0, 1, -1, -1, 1]) # 每个格子的速度分量 cy = np.array([0, 0, 1, 0, -1, 1, 1, -1, -1]) w = np.array([4.0 / 9.0, 1.0 / 9.0, 1.0 / 9.0, 1.0 / 9.0, 1.0 / 9.0, 1.0 / 36.0, 1.0 / 36.0, 1.0 / 36.0, 1.0 / 36.0]) # 每个格子的权重 # 初始化数组 f = np.zeros((nx, ny, 9)) rho = np.ones((nx, ny)) ux = np.zeros((nx, ny)) uy = np.zeros((nx, ny)) # 边界条件 def set_boundary(rho, ux, uy): # 上下边界 rho[0, :] = rho[1, :] rho[-1, :] = rho[-2, :] ux[0, :] = 0.0 uy[0, :] = 0.0 ux[-1, :] = 0.0 uy[-1, :] = 0.0 # 左右边界 rho[:, 0] = rho[:, 1] rho[:, -1] = rho[:, -2] ux[:, 0] = 0.0 uy[:, 0] = 0.0 ux[:, -1] = 0.0 uy[:, -1] = 0.0 # 圆柱边界 for j in range(1, ny-1): rho[0, j] = 1.0 ux[0, j] = 0.0 uy[0, j] = 0.0 rho[-1, j] = 1.0 ux[-1, j] = 0.0 uy[-1, j] = 0.0 for i in range(1, nx-1): rho[i, 0] = 1.0 ux[i, 0] = 0.0 uy[i, 0] = 0.0 rho[i, -1] = 1.0 ux[i, -1] = 0.0 uy[i, -1] = 0.0 for k in range(9): cu = 3.0 * (cx[k] * ux[i, j] + cy[k] * uy[i, j]) f[i, j, k] = rho[i, j] * w[k] * (1.0 + cu + 0.5 * cu**2 - 1.5 * (ux[i, j]**2 + uy[i, j]**2)) # LBM非平衡外推格式计算 @jit(nopython=True) def lbm_nbe(f, rho, ux, uy): # 预测 for i in range(1, nx-1): for j in range(1, ny-1): # 计算宏观量 rho[i, j] = 0.0 ux[i, j] = 0.0 uy[i, j] = 0.0 for k in range(9): rho[i, j] += f[i, j, k] ux[i, j] += f[i, j, k] * cx[k] uy[i, j] += f[i, j, k] * cy[k] ux[i, j] /= rho[i, j] uy[i, j] /= rho[i, j] # BGK更新 for k in range(9): cu = 3.0 * (cx[k] * ux[i, j] + cy[k] * uy[i, j]) f_star = rho[i, j] * w[k] * (1.0 + cu + 0.5 * cu**2 - 1.5 * (ux[i, j]**2 + uy[i, j]**2)) f[i, j, k] = omega * f_star + (1.0 - omega) * f[i, j, k] # 残差修正 for i in range(1, nx-1): for j in range(1, ny-1): # 计算宏观量 rho[i, j] = 0.0 ux[i, j] = 0.0 uy[i, j] = 0.0 for k in range(9): rho[i, j] += f[i, j, k] ux[i, j] += f[i, j, k] * cx[k] uy[i, j] += f[i, j, k] * cy[k] ux[i, j] /= rho[i, j] uy[i, j] /= rho[i, j] # 计算残差 resx = 0.0 resy = 0.0 for k in range(9): cu = 3.0 * (cx[k] * ux[i, j] + cy[k] * uy[i, j]) f_star = rho[i, j] * w[k] * (1.0 + cu + 0.5 * cu**2 - 1.5 * (ux[i, j]**2 + uy[i, j]**2)) resx += cx[k] * (f[i, j, k] - f_star) resy += cy[k] * (f[i, j, k] - f_star) # 更新分布函数 for k in range(9): f[i, j, k] -= (resx * cx[k] + resy * cy[k]) # 边界条件 set_boundary(rho, ux, uy) return rho, ux, uy # 主程序 for t in range(int(T / dt)): rho, ux, uy = lbm_nbe(f, rho, ux, uy) ``` 需要注意的是,此代码仅为示例,未对计算结果进行处理和可视化。完整的圆柱边界计算代码需要考虑更多细节和优化。

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