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基于FVLBM的自然对流问题数值研究

温梦珂  李维东  
【摘要】:自然对流问题普遍存在于自然界与工程应用中,开展数值研究对理解其中的流动现象以及机理有着至关重要的作用。本文基于一种有限体积格子Boltzmann法(FVLBM),对不可压缩自然对流问题开展了数值研究。在进行自然对流问题的数值研究时,使用布西涅斯克近似(Boussinesq approximation)来模拟动量方程中由温度梯度造成的浮升力的影响,流场中的速度场和温度场则分别由两个独立的分布函数进行计算,动量方程与能量方程之间通过布西涅斯克近似相互耦合。此外,在所采用的FVLBM中,单元界面上的通量由气体动理学BGK方程的解析解来构造,降低了计算过程中的数值耗散;同时,通过引入宏观变量的预测项来消除该模型中平衡分布函数的隐式特征,使得该方法中的时间步长仅受Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)条件的限制。本文针对二维封闭方腔中的自然对流开展数值模拟研究,并通过定性与定量分析验证该模型的数值精度以及数值耗散性能。

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