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LBE和DUGKS方法对几乎不可压缩流动的比较研究。 (英语) Zbl 1373.76273号

摘要:晶格玻尔兹曼方程(LBE)方法(LBGK和MRT)和离散统一气体动力学格式(DUGKS)都是从玻尔兹曼方程导出的,但在算法构建中考虑了不同的因素。在颗粒速度空间中采用相同的数值离散化,这些方法在更新气体分布函数时的不同建模可能会导致计算结果的差异。为了定量评估这些方法在准确性、稳定性和效率方面的性能,本文分别对LBGK、MRT和DUGKS在二维空腔流和方柱绕流中的性能进行了测试。这两种情况的结果都是根据基准解决方案进行验证的。数值比较表明,在足够的网格分辨率下,LBE和DUGKS方法在两种测试情况下产生了定性相似的结果。LBE方法在物理和粒子速度空间具有相同的网格分辨率,由于在DUGKS中增加了粒子碰撞建模,因此其效率高于DUGKS。但是,在大多数测试条件下,DUGKS比LBE方法更加稳健和准确。特别是,对于雷诺数为300的方形柱体上方的非定常流动,在相同的网格分辨率下,令人惊讶的是,DUGKS可以捕捉物理多频涡旋脱落现象,而LBGK和MRT却无法做到这一点。此外,DUGKS是一种有限体积方法,在物理空间中采用非均匀网格可以大大提高其计算效率。本文中的比较清楚地表明了格子Boltzmann方法从LBGK到MRT,直至当前的DUGKS的逐步改进,以及在其算法开发中包含更可靠的物理过程。除了给出Navier-Stokes解外,DUGKS还可以捕捉到随着努森数的增加而出现的稀薄流动现象。

MSC公司:

76米28 粒子法和晶格气体法
76P05号机组 稀薄气体流动,流体力学中的玻尔兹曼方程
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
76个M12 有限体积法在流体力学问题中的应用
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