LBM二维圆柱绕流,在圆柱上加上射流代码
时间: 2023-06-18 15:02:56 浏览: 162
对于二维圆柱绕流,可以采用Lattice Boltzmann Method (LBM)进行模拟。实现射流的方法可以在圆柱上添加一个速度边界条件,即在圆柱表面处施加一定的速度。具体实现过程如下:
1. 定义二维格子模型和分布函数
在LBM中,需要定义一个二维的格子模型,并为每个格子定义一个分布函数。在二维圆柱绕流中,可以采用D2Q9模型,即每个格子周围有9个格子,如下图所示:
```
6 2 5
3 0 1
7 4 8
```
对于每个格子,可以定义9个分布函数:
$f_i(x,t)$,其中$i$表示方向,$x$表示位置,$t$表示时间。
2. 定义宏观量和微观量
在LBM中,需要定义宏观量和微观量。宏观量包括密度和速度,可以通过分布函数求解得到:
$\rho(x,t) = \sum_i f_i(x,t)$,表示在位置$x$处的总质量。
$u(x,t) = \frac{1}{\rho(x,t)}\sum_i f_i(x,t)\textbf{e}_i$,表示在位置$x$处的平均速度。
其中,$\textbf{e}_i$表示第$i$个方向的单位向量。
微观量包括速度和分布函数,可以通过宏观量求解得到:
$f_i(x,t) = w_i\rho(x,t)[1 + 3\textbf{e}_i\cdot\textbf{u}(x,t) + \frac{9}{2}(\textbf{e}_i\cdot\textbf{u}(x,t))^2 - \frac{3}{2}|\textbf{u}(x,t)|^2]$,其中$w_i$为权重系数。
3. 定义碰撞过程和流动过程
在LBM中,需要定义碰撞过程和流动过程。碰撞过程表示粒子之间的碰撞,可以通过BGK模型实现:
$f_i(x,t) = f_i(x,t) - \frac{1}{\tau}[f_i(x,t) - f_i^{eq}(x,t)]$,其中$\tau$为弛豫时间,$f_i^{eq}(x,t)$为平衡分布函数。
流动过程表示粒子在外力作用下的运动,可以通过求解对流方程实现:
$f_i(x+\textbf{e}_i\Delta t,t+\Delta t) = f_i(x,t) - \frac{\Delta t}{\delta t}(f_i(x,t) - f_i(x-\textbf{e}_i\Delta t,t))$,其中$\Delta t$为时间步长,$\delta t$为空间步长。
4. 添加射流边界条件
在圆柱上添加射流边界条件,可以设置圆柱表面处的分布函数为:
$f_i(x_c,t) = f_i^{eq}(x_c,t) + \Delta f_i(x_c,t)$,其中$x_c$表示圆柱表面位置,$\Delta f_i(x_c,t)$表示在圆柱表面处添加的速度扰动。
可以通过设置$\Delta f_i(x_c,t)$的值来控制圆柱表面的速度扰动,从而实现射流效果。
5. 实现程序并进行仿真
最后,根据以上步骤实现程序,并进行仿真。可以通过调整参数和边界条件来控制仿真结果,从而得到满足要求的二维圆柱绕流和射流效果。
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