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使用线性格子Boltzmann方法对热对流进行整体线性不稳定性分析。 (英语) Zbl 1494.76038号

总结:利用线性化晶格玻尔兹曼方法(LLBM)对热对流进行了模态全局线性稳定性分析。研究了具有传导和绝热侧壁的矩形空腔中Rayleigh-Bénard对流的开始以及空腔中二维(2-D)和三维(3-D)自然对流的不稳定性。首先由J.M.佩雷斯等人[“用于全局线性不稳定性分析的格子Boltzmann方法”,Theor.Comp.Fluid Dyn.31,No.5–6,643–664(2017;doi:10.1007/s00162-016-0416-7)]本文将其推广到求解耦合线性Navier-Stokes方程和线性能量方程。还进行了多尺度分析,以从离散晶格Boltzmann方程中恢复单个和多个弛豫时间模型的宏观线性Navier-Stokes方程式。目前的LLBM是在Palabos图书馆的框架内实现的。通过计算二维自然对流的线性临界值,验证了多重松弛时间模型的LLBM与谱方法相比误差小于1%。通过动能传递分析解释了流动的不稳定性机理。结果表明,浮力机制和惯性机制分别在Pr<0.08和Pr>1时趋于稳定二维自然对流的Hopf分岔。对于三维自然对流,发现低普朗特数流体(Pr<0.1)存在霍普夫型亚临界分岔。

MSC公司:

76欧元 水动力稳定性中的对流
76米28 粒子法和晶格气体法
76兰特 自由对流
80甲19 扩散和对流传热传质、热流
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Abu-Nada,E.、Masoud,Z.和Hijazi,A.2008使用纳米流体增强水平同心环空中的自然对流传热。国际通讯。热质传递35,657-665。
[2] Albensoeder,S.,Kuhlmann,H.C.和Rath,H.J.2001盖驱动腔问题中的三维离心流不稳定性。物理学。液体13、121-135·Zbl 1184.76025号
[3] Barkley,D.2006圆柱尾迹平均流的线性分析。欧洲鱼。信件75(5),750-756。
[4] Bergé,P.&Dubois,M.1984Rayleigh-bénard对流。康斯坦普。物理学25,535-582。
[5] Bilgen,E.&Oztop,H.2005部分开口倾斜方腔中的自然对流换热。国际热质传递杂志481470-1479·Zbl 1189.76516号
[6] Blackburn,H.M.和Sherwin,S.J.2004圆柱几何中三维不可压缩流动的Galerkin谱元-Fourier方法公式。J.计算。物理197,759-778·Zbl 1106.76418号
[7] Bouzidi,M.,d'Humieres,d.,Lallemand,P.&Luo,L.S.2001二维矩形网格上的格子Boltzmann方程。计算。物理172、704-717·Zbl 1028.76040号
[8] Chandrasekhar,S.1981流体动力学和磁稳定性。多佛出版公司。
[9] Chang,H.-W.,Hong,P.-Y.,Lin,L.-S.&Lin,C.-A.2013在图形处理单元上用多松弛时间格子Boltzmann方法模拟三维深腔中的流动不稳定性。计算。液体88、866-871·Zbl 1391.76600号
[10] Chapman,S.和Cowling,T.G.1953非均匀气体的数学理论。第二版,剑桥大学出版社·Zbl 0063.00782号
[11] Chen,S.,Doolen&Gary,D.1998流体流动的格子Boltzmann方法。《流体力学》第30版,第329-364页·Zbl 1398.76180号
[12] Davis,S.H.1967盒子中的对流:线性理论。《流体力学杂志》30,465-478·Zbl 0153.29702号
[13] Dijkstra,H.A.1992关于Rayleigh-Benard-Marangoni中细胞溶液在小预期比容器中流动的结构。《流体力学杂志》243、73-102·Zbl 0825.76219号
[14] Ehrenstein,U.1996关于沟槽水流的线性稳定性。物理学。流体8,3194-3196·Zbl 1027.76561号
[15] Fischer,P.,Kerkemeier,S.&Peplinski,A.2008 nek5000主页。网址:https://nek5000.mcs.anl.gov/。
[16] Gelfgat,A.Y.199二维和三维矩形外壳中Rayleigh-Bénard不稳定性的不同模式。J.计算。物理156、300-324·Zbl 0959.76066号
[17] Gelfgat,A.Y.、Bar-Yoseph,P.Z.和Solan,A.2000垂直bridgman生长配置中的轴对称打破自然对流不稳定性。J.克里斯特。增长220,316-325。
[18] Gelfgat,A.Y.和Tanasawa,I.1994用Galerkin谱方法对浮力对流振荡不稳定性进行数值分析。数字。传热A:申请25627-648。
[19] Gill,A.E.1966矩形腔内对流的边界层状态。《流体力学杂志》26,515-536。
[20] Goldhirsch,L.,Orszag,S.A.&Maulik,B.K.1987计算大型非对称矩阵的主导特征值和特征向量的有效方法。科学杂志。计算2,33-58·Zbl 0666.65033号
[21] Gomez,F.、Gomez、R.和Theofilis,V.2014关于使用标准空气动力学代码对流动进行三维全局线性不稳定性分析。Aerosp.航空公司。科学。技术32,223-234。
[22] Gomez,F.、Pérez,J.M.、Blackburn,H.M.和Theofilis,V.2015关于使用无矩阵转换策略进行全球流动不稳定性分析。Aerosp.航空公司。科学。Technol.44,69-76。
[23] Guo,Z.,Shi,B.&Zheng,C.2002aA Boussinesq方程的耦合晶格BGK模型。国际期刊数字。方法。液体39325-342·兹比尔1014.76071
[24] Guo,Z.,Zheng,C.&Shi,B.2002b格子Boltzmann方法中强迫项的离散格子效应。物理学。版本E65046308·Zbl 1244.76102号
[25] Guo,Z.,Zheng,C.&Shi,B.2002C格子Boltzmann方法中边界条件的外推方法。物理学。2007年至2010年的第14次流感·Zbl 1185.76156号
[26] Haghshenas,A.、Nasr,M.R.和Rahimian,M.H.2010采用格子Boltzmann方法对填充多孔介质的开口方腔中的自然对流进行数值模拟。热质传递371513-1519。
[27] Hammond,D.A.和Redekoop,L.G.1997对称和非对称尾流的全球动力学。《流体力学杂志》331、231-260·Zbl 0899.76130号
[28] Henkes,R.&Hoogendoorn,C.1990关于从侧面加热的方形腔体中自然对流流动的稳定性。申请。科学。195-220年第47号决议·Zbl 0696.76054号
[29] Henkes&Quere,P.L.1996自然对流的三维转换。《流体力学杂志》319281-303·Zbl 0943.76030号
[30] Huang,R.&Wu,H.2015固液相变的基于总焓的晶格Boltzmann模型中的相界面效应。J.计算。物理学294,346-362·Zbl 1349.76693号
[31] Jackson,C.P.1987A不同形状物体流动中漩涡脱落开始的有限元研究。《流体力学杂志》182,23-45·兹伯利0639.76041
[32] Jasak,H.、Jemcov,A.和Tukovic,Z.2007 OpenFOAM:复杂物理模拟的C++库。在数值动力学耦合方法国际研讨会上(IUC Dubrovnik克罗地亚)。
[33] Jiang,M.,Xu,Z.G.&Zhou,Z.P.2021 LBM.J.Petrol考虑溶解和沉淀的多孔介质中反应流动的孔隙尺度研究。科学。工程204、108712。
[34] Joseph,D.D.2013流体运动稳定性I(第27卷)。施普林格科技与商业媒体。
[35] Ke,J.,Williamson,N.,Armfield,S.W.,Mcbain,G.D.&Norris,S.E.J.2019等温壁上时间演变自然对流边界层的稳定性。《流体力学杂志》8771163-1185·Zbl 1430.76174号
[36] Kooper,M.N.、Vorst,H.、Poedts,S.和Goedbloed,J.P.1995在MHD中使用复杂的移位和反转策略应用隐式更新的arnoldi方法。J.计算。物理118、320-328·Zbl 0822.76070号
[37] Lallemand,P.&Luo,L.S.2000晶格玻尔兹曼方法理论:色散、耗散、各向同性、伽利略不变性和稳定性。物理学。版本E61,6546-6562。
[38] Latt,J.&Chopard,B.2006具有正则化碰撞前分布函数的格子Boltzmann方法。数学。计算。模拟72165-168·Zbl 1102.76056号
[39] Latt,J.等人.2021帕拉博斯:平行晶格玻尔兹曼解算器。计算。数学。申请81334-350·Zbl 1524.76288号
[40] Lee,N.Y.、Schultz,W.W.和Boyd,J.P.1989用光谱法研究矩形封闭空间中流体的稳定性。国际热质传递杂志32,513-520。
[41] Li,Q.,He,Y.L.,Wang,Y.&Tao,W.Q.2007可压缩Navier-Stokes方程的双分布函数格子Boltzmann耦合方法。物理学。修订版E76056705。
[42] Lin,R.S.&Malik,M.R.1997关于附合线边界层的稳定性。第2部分。前缘曲率的影响。《流体力学杂志》333125-137·Zbl 0891.76026号
[43] Lockett,F.J.1969关于粘弹性流体的Squire定理。国际工程科学杂志7,337-349·Zbl 0167.24901号
[44] Luijkx,J.和Platten,J.1981关于矩形通道中自由对流的开始。J.非平衡。Thermodyn.6141-158·Zbl 0496.76041号
[45] Luo,K.,Wu,J.,Yi,H.-L.&Tan,H.-P.2016单极注入和热梯度作用下平面介质液体层中电热对流的格子Boltzmann模型。国际热质传递杂志103,832-846。
[46] Luo,K.,Yi,H.-L.,Tan,H.-P.&Wu,J.2017复杂几何形状电场-空间电荷耦合问题的统一格子Boltzmann方法及其在环形电传导中的应用。IEEE传输。印度申请53,3995-4007。
[47] Ma,D.J.,Henry,D.和Ben Hadid,H.2005部分从侧面加热的垂直圆柱体中自然对流的三维数值研究。物理学。液体17、124101·Zbl 1188.76085号
[48] Marquet,O.,Sipp,D.,Chomaz,J.M.&Jacquin,L.2008《全球框架中低雷诺数再循环气泡的放大器和谐振器动力学》,《流体力学杂志》605,429-443·Zbl 1191.76053号
[49] Merle,X.、Alizard,F.和Robinet,J.C.2010粘性不可压缩整体稳定性分析的有限差分方法。计算。液体39911-925·Zbl 1242.76208号
[50] Metzener,P.1986刚性侧壁对非线性二维Benard对流的影响。物理学。流体291373-1377·Zbl 0592.76051号
[51] Morgan,R.1996关于重新启动大型非对称特征值问题的Arnoldi方法。数学。计算651213-1230·兹比尔0857.65041
[52] Morzynski,M.&Thiele,F.20084第届AIAA流量控制会议,美国华盛顿州西雅图,AIAA论文2008-3865。
[53] Niu,X.D.,Shu,C.,Chew,Y.T.&Wang,T.G.2004不同晶格玻尔兹曼模型的稳定性和流体动力学研究。《联邦统计物理杂志》第117卷,第665-680页·Zbl 1113.82044号
[54] Pérez,J.M.、Aguilar,A.和Theofilis,V.2017全球线性不稳定性分析的格子Boltzmann方法。西奥。计算。流体动力学31,643-664。
[55] Pérez,J.M.、Rodriguez,D.和Theofilis,V.2012非正交不可压缩扫掠附合线边界层流动的线性全局不稳定性。《流体力学杂志》710、131-153·Zbl 1275.76098号
[56] Pier,B.2002关于圆柱尾迹中有限振幅涡旋脱落的频率选择。《流体力学杂志》458,407-417·Zbl 1060.76031号
[57] Pierrehumbert,R.T.&Widnall,S.E.1982空间周期剪切层的二维和三维不稳定性。《流体力学杂志》114、59-82·Zbl 0479.76056号
[58] Saad,Y.1980 Arnoldi计算大型非对称矩阵特征元方法的变化。线性代数。申请34,269-295·Zbl 0456.65017号
[59] Sipp,D.&Lebedev,A.2007基流和平均流的全局稳定性:圆柱流和空腔流的一般方法及其应用。《流体力学杂志》593、333-358·Zbl 1172.76318号
[60] Tatsumi,T.和Yoshimura,T.1990矩形管道中层流的稳定性。《流体力学杂志》212、437-449·Zbl 0692.76038号
[61] Theofilis,V.2000a开放腔中的全局不稳定基本流动。AIAA论文1965-2000。
[62] Theofilis,V.2000b关于稳态流动解及其非平行全局线性不稳定性。高级涡轮机。八、 35-38岁。
[63] Theofilis,V.2003非平行和三维流动的全局线性不稳定性分析进展。掠夺。Aerosp.航空公司。科学39249-315。
[64] Theofilis,V.2011全球线性不稳定性。每年。《流体力学》第43期,第319-352页·Zbl 1299.76074号
[65] Theofilis,V.、Fedorov,A.、Obrist,D.和Dallmann,U.C.2003三维不可压缩扫掠附面线边界层流动线性不稳定性的扩展Görtler-Hämmerlin模型。《流体力学杂志》487,271-313·Zbl 1054.76031号
[66] Touihri,R.,Ben Hadid,H.&Henry,D.1999关于从下方加热的圆柱形空腔中对流不稳定性的开始。第1部分。纯热外壳。物理学。液体11,2078-2088·Zbl 1147.76517号
[67] Wang,B.-F,Ma,D.-J.,Chen,C.&Sun,D.-J,2012圆柱Rayleigh-Bénard对流的线性稳定性分析。《流体力学杂志》711,27-39·Zbl 1275.76094号
[68] Wanschura,M.、Kuhlmann,H.C.和Rath,H.J.1996从下方加热的圆柱体中轴对称浮力对流的三维不稳定性。《流体力学杂志》326,399-415·Zbl 0884.76020号
[69] Wettlaufer,J.S.,Worster,M.G.&Huppert,H.E.1997合金凝固期间的自然对流,应用于海冰演变。《流体力学杂志》344,291-316。
[70] Xin,S.&Quéré,P.L.2001具有导电水平壁的差热方形空腔中自然对流流动的线性稳定性分析。物理学。液体13,2529-2542·Zbl 1184.76598号
[71] Zebib,A.1987,通过圆柱的粘性流的稳定性。《工程数学杂志》21,155-165·Zbl 0632.76063号
[72] Zhang,M.,Martinelli,F.,Wu,J.,Schmid,P.&Quadrio,M.2015有无横流电流体动力流动的模态和非模态稳定性分析。《流体力学杂志》770、319-349。
[73] Zhao,C.Y.,Dai,Negal,Tang,G.H.,Qu,Z.G.&Li,Z.Y.2010使用格子Boltzmann方法(LBM)对多孔介质(金属)中自然对流的数值研究。国际热流杂志31925-934。
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