發(fā)布時間：2017-09-20 15:44

  本文關鍵詞：基于多松弛格子Boltzmann方法的自由射流數(shù)值模擬

  更多相關文章： 射流 格子Boltzmann方法 孔口形狀 半速寬 大渦模擬

【摘要】：由于射流在水利工程,水力發(fā)電,航空航天工程,給排水工程等諸多工程領域中的廣泛應用,射流問題一直是流體機械領域中的一個重要課題。一直有研究表明孔口形狀的改變對射流流場特征值有著顯著的影響。然而,在學術(shù)領域該種影響一直未得到充分的研究。因此,在這篇論文中,作者使用多松弛格子Boltzmann方法模擬了經(jīng)典的二維(2-D)不可壓縮平面自由射流。首先,在層流情況下,計算模擬了幾個典型雷諾數(shù)(Re=50,100,300及700)三種典型孔口,平直孔口,漸縮孔口及漸擴孔口下的射流流場。本文中用一個參數(shù),孔口斜率,來描述孔口形狀的改變效應,也就是射流孔口出口處的斜率。數(shù)值實驗表明孔口形狀很大程度影響著射流流場。在本文中,通過改變射流孔口出口處的傾斜角度,即孔口斜率,來探究孔口形狀對自由射流場的影響。而在湍流情況下,采用傳統(tǒng)大渦模擬(Large-Eddy-Simulation)耦合多松弛格子Boltzmann方法來模擬高雷諾數(shù)下的湍性射流運動,并計算三種典型的孔口形狀,即平直孔口,漸縮孔口及漸擴孔口三種情況下的平面自由射流場來探究孔口形狀對自由射流流場特征量的影響。主要結(jié)論總結(jié)如下：層流情況下, (1)隨著孔口形狀由漸縮型變?yōu)闈u擴性,最大軸線流向速度減小,與此同時,半速寬,即中軸線與該剖面上流向速度為軸線流速一半的位置之間的距離,以更大的速率增長； (2)軸線流向速度的倒數(shù)的3次方被證明與離坐標原點的射流軸線距離滿足線性關系； (3)流向速度剖面的半速寬的3/2次冪被證明與射流軸線距離呈線性關系。然而,其中的線性參數(shù)隨孔口斜率的改變而產(chǎn)生相應的變化。在湍流情況下, (1)雷諾數(shù)對軸線流向速度及各x坐標站流向剖面速度均值量均無太大影響,各雷諾數(shù)下的流場特征均值基本重合； (2)漸縮孔口使得各站流向速度剖面更加狹長,并使得軸線流向速度在出口處有較大幅度的上升；而漸擴孔口則使得各站流向剖面速度剖面展向?qū)挾雀?并使得軸線流向速度開始下降的軸線坐標減小。
【關鍵詞】：射流 格子Boltzmann方法 孔口形狀 半速寬 大渦模擬
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U661;U674.76
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 研究背景及意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-10
• 1.2.1 實驗及理論研究8-9
• 1.2.2 數(shù)值模擬9-10
• 1.3 求解流場運動的數(shù)值方法10-11
• 1.4 格子Boltzmann方法簡介11-13
• 1.4.1 格子Boltzmann方法發(fā)展歷史11-12
• 1.4.2 格子Boltzmann方法基本理論12-13
• 1.4.3 格子Boltzmann方法大渦模擬13
• 1.5 文章主要內(nèi)容13-15
• 2 格子Boltzmann方法的基本理論15-30
• 2.1 格子Boltzmann方程15-16
• 2.2 由格子Boltzmann方程到Navier-Stokes方程16-21
• 2.3 格子Boltzmann方程基本模型21-23
• 2.3.1 單松弛(L-BGK)模型21-22
• 2.3.2 多松弛(MRT)模型22-23
• 2.4 格子Boltzmann方法的邊界條件23-26
• 2.4.1 啟發(fā)式格式24-25
• 2.4.2 動力學格式25-26
• 2.4.3 非平衡態(tài)外推格式26
• 2.5 多松弛格子Boltzmann方法大渦模擬(MRT-LES)26-29
• 2.5.1 大渦模擬Smagorinsky亞網(wǎng)格模型26-28
• 2.5.2 多松弛格子Boltzmann模型大渦模擬28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 3 自由射流的格子Boltzmann建模及程序驗證30-37
• 3.1 流場建模及邊界處理30-31
• 3.2 射流入口孔口形狀的改變31-32
• 3.3 層流情況(Re=10)程序驗證32-33
• 3.4 湍流情況(Re=10000)程序驗證33-36
• 3.4.1 多松弛格子Boltzmann方法大渦模擬(MRT-LES)33-34
• 3.4.2 湍流模型程序?qū)Ρ冉Y(jié)果34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 4 孔口變形下的流場數(shù)值分析37-75
• 4.1 層流情況下數(shù)值分析37-57
• 4.1.1 x=10h,20h,30h及60h坐標處無量綱流向速度剖面的自相似性.37-38
• 4.1.2 孔口斜率K_(sl)對無量綱軸向流向速度U_0的影響38-49
• 4.1.3 孔口斜率K_(sl)對射流擴散率的影響49-57
• 4.2 湍流情況下數(shù)值分析57-72
• 4.2.1 雷諾數(shù)Re對平直孔口下的射流場的影響57-63
• 4.2.2 雷諾數(shù)Re對漸縮孔口(K_(sl)=-0.3)下的射流場的影響63-68
• 4.2.3 雷諾數(shù)Re對漸擴孔口(K_(sl)=0.3)下的射流場的影響68-72
• 4.3 本章小結(jié)72-75
• 5 總結(jié)與展望75-77
• 5.1 全文總結(jié)75-76
• 5.2 研究展望76-77
• 參考文獻77-81
• 附錄1 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況81-82
• 附錄2 攻讀學位期間參加的學術(shù)會議82-83
• 附錄3 攻讀學位期間參與的科研項目83-84
• 致謝84-85

【參考文獻】

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本文編號：888936