مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

توسعه روش شبکه بولتزمن-رویکرد حجم محدود بر مبنای ایده تابع دایروی در شبیه‌سازی جریان تراکم پذیر غیر لزج در دستگاه منحنی ‌الخط

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشیار تهران پارس,دانشکده هوافضا دانشگاه خواجه نصیر
چکیده
چکیده دراین مقاله روش شبکه بولتزمن-حجم محدود (FVLBM) برای شبیه سازی جریان تراکم پذیرغیرلزج یک ودوبعدی درشبکه منحنی‌الخط باسازمان ارائه و توسعه داده شده است. جهت شبیه‌سازی جریان تراکم‌پذیردرروش شبکه بولتزمن، ازروش جدیدتابع دایروی بجای بسط یاتصحیح تابع ماکسول به منظورمحاسبه توابع توزیع تعادلی استفاده وروش حجم محدود به همراه روشMUSCL مرتبه-3 در گسسته‌سازی عبارت جابجایی برای بهترشکارکردن ناپیوستگی‌ها یجریان اعمال شده است. همچنین باتوجه به اینکه گام زمانی در روش شبکه بولتزمن به شدت توسط زمان آرامش (عددنادسن) محدود می‌شود، دراین تحقیق با ارتقای عملکرد روش شبکه بولتزمن توسط یک روش ضمنی-صریح (IMEX) رانگ-کوتای مرتبه-3 برای گسسته‌سازی عبارت زمانی معادله بولتزمن-BGK، دسترسی بهگام زمانی بزرگترمیسرو هزینه محاسباتی کاهش یافته است .بنابراین از روش ارائه شده در این پژوهش، می‌توان در شبیه‌سازی بسیاری از مسائل واقعی مهندسی در حوزه آیرودینامیک به خوبی بهره برد. جهت بررسی عملکردروش ارائه شده چندین مسئله محک دینامیک گاز به همراه چندمسئله کاربردی مهندسی در دستگاه منحنی‌الخط شبیه‌سازی شده ‌است. نتایج عددی باداده‌‌های تجربی وحل عددی حجم محدود معادلات اویلرمقایسه ودقت مناسب حاصل شده است. این مقایسه نشان می دهد که تطابق خوبی بین نتایج حاصل از این روش و نتایج مراجع مربوطه می باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Development of Finite Volume-Lattice Boltzmann Method Based on Circular Function idea in Simulation of Inviscid Compressible Flow in Curvilinear Grid System

نویسندگان English

Hamed Jalali 1
Masoud Mirzaei 2
Saber Khoei 1
1 K.N.Toosi University of Technology
چکیده English

Abstract In this research, a finite volume-Lattice Boltzmann Method (FVLBM) for simulation of inviscid compressible flows in 1-D and 2-D structured curvilinear coordinate system is presented. In this simulation, LBM, with new method of Circular Function idea instead of expansion or correction of Maxwelian function was implemented for evaluation of equilibrium distribution functions, moreover, in order to capture discontinuities in the flow field, 3rd order MUSCL scheme was implemented for approximation of convective term. Since in lattice Boltzmann method time step is extremely limited by relaxation time (Knudsen number), we improved performance of FVLBM with a third-order IMEX Rung-Kutta scheme for temporal discretization of BGK-model for archiving greater time step and lower CPU time. Consequently, the present work can be used widely for simulation of actual engineering problems in aerodynamics. Various gas dynamics benchmark problems and applied engineering unsteady problems in curvilinear coordinate grid is solved for validation. The numerical results of the presented method are compared with experimental dates and the results of FVM Euler solutions; there is good agreement between the results of the present method and those of the references.

کلیدواژه‌ها English

"Finite Volume-Lattice Bloltzmann Method"
"Inviscid Compressible Flow"
"MUSCL scheme"
"Shock Wave"
"Curvilinear Grid System"