我國風災頻發(fā),不管是沿海地區(qū)的臺風,還是內陸地區(qū)的強風災害,都對森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成很大影響,同時樹木在強風作用下易發(fā)生折斷倒伏,嚴重威脅了人們的財產(chǎn)以及生命安全。所以研究樹木風場的意義重大。格子玻爾茲曼法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是基于計算流體力學的一類高效的數(shù)值仿真方法。本文運用該方法模擬樹木簡化模型的流場。首先,通過多松弛時間的LBM模擬了二維實心方柱繞流和多孔方柱繞流,描述了幾種典型的雷諾數(shù)下模擬的結果,對其中典型的參數(shù)做了詳細的分析,并將其與其他文獻研究的數(shù)據(jù)進行對比,證明了通過LBM仿真的可實現(xiàn)性以及編程的正確性。其次,通過多松弛時間格式的LBM對二維立面樹木流場進行數(shù)值研究,樹木被簡化為表征元尺度下的多孔介質。為了研究高雷諾數(shù)下的流場,將大渦模擬結合LBM得到樹木周圍的流速和風壓,并與前人的實測數(shù)據(jù)作對比,驗證了LBM模擬樹木流場是精準可靠的;然后在模型前設置格柵,以此制造擾動并模擬B類場地下的樹木流場,著重闡述了B類地貌下,樹木下游風速和湍流度的變化規(guī)律。LBM的高效并行算法、快速的求解速度、加之計算結果的可靠性等優(yōu)勢,使其有望成為...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 風災害對樹木的影響
        1.1.2 樹木抗風及其流場的研究現(xiàn)狀
    1.2 LBM的發(fā)展概況
        1.2.1 LBM方法簡介
        1.2.2 LBM模型的國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 LBM多孔介質流的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要工作
第2章 LBM方法
    2.1 LBM基本模型
        2.1.1 D2Q9模型
        2.1.2 He-Luo模型
        2.1.3 MRT-LBE模型
    2.2 LBM簡要思路
        2.2.1 單位轉換
        2.2.2 LBM邊界處理格式
        2.2.3 LBM計算步驟
    2.3 LBM湍流模擬
        2.3.1 湍流數(shù)值模擬方法
        2.3.2 脈動的過濾
        2.3.3 LES-LBM湍流模擬
    2.4 REV尺度的LBM
        2.4.1 廣義Navier-Stokes方程
        2.4.2 MRT-LBE模型
    2.5 本章小結
第3章 實心方柱和多孔方柱繞流數(shù)值模擬
    3.1 實心方柱繞流LBM模擬
        3.1.1 計算域的選取
        3.1.2 模型的選取及邊界條件
        3.1.3 參數(shù)分析
        3.1.4 流場分析
    3.2 多孔方柱繞流LBM模擬
        3.2.1 計算模型
        3.2.2 參數(shù)分析
        3.2.3 流場分析
    3.3 本章小結
第4章 樹木立面二維流場的LBM數(shù)值模擬
    4.1 樹木流場的模擬
        4.1.1 LBM計算模型
        4.1.2 樹木流場的速度分析
        4.1.3 樹木流場的風壓分析
    4.2 B類場地下的應用實例
        4.2.1 B類場地的模擬
        4.2.2 樹木下游的風速分析
        4.2.3 樹木下游的湍流度分析
    4.3 本章小結
第5章 樹木水平面二維流場的LBM數(shù)值模擬
    5.1 單棵樹木流場模擬
        5.1.1 LBM計算模型
        5.1.2 LBM速度分析
        5.1.3 LBM風壓分析
    5.2 多棵樹木流場模擬
        5.2.1 LBM計算模型
        5.2.2 LBM速度分析
        5.2.3 LBM風壓分析
    5.3 本章小結
結論與展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄
附錄B 攻讀碩士學位期間所參與的科研項目



本文編號：3736296