發(fā)布時(shí)間：2023-02-06 17:14

　　我國(guó)風(fēng)災(zāi)頻發(fā),不管是沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng),還是內(nèi)陸地區(qū)的強(qiáng)風(fēng)災(zāi)害,都對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成很大影響,同時(shí)樹木在強(qiáng)風(fēng)作用下易發(fā)生折斷倒伏,嚴(yán)重威脅了人們的財(cái)產(chǎn)以及生命安全。所以研究樹木風(fēng)場(chǎng)的意義重大。格子玻爾茲曼法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是基于計(jì)算流體力學(xué)的一類高效的數(shù)值仿真方法。本文運(yùn)用該方法模擬樹木簡(jiǎn)化模型的流場(chǎng)。首先,通過多松弛時(shí)間的LBM模擬了二維實(shí)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(jié)果,對(duì)其中典型的參數(shù)做了詳細(xì)的分析,并將其與其他文獻(xiàn)研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,證明了通過LBM仿真的可實(shí)現(xiàn)性以及編程的正確性。其次,通過多松弛時(shí)間格式的LBM對(duì)二維立面樹木流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值研究,樹木被簡(jiǎn)化為表征元尺度下的多孔介質(zhì)。為了研究高雷諾數(shù)下的流場(chǎng),將大渦模擬結(jié)合LBM得到樹木周圍的流速和風(fēng)壓,并與前人的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作對(duì)比,驗(yàn)證了LBM模擬樹木流場(chǎng)是精準(zhǔn)可靠的;然后在模型前設(shè)置格柵,以此制造擾動(dòng)并模擬B類場(chǎng)地下的樹木流場(chǎng),著重闡述了B類地貌下,樹木下游風(fēng)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(jì)算結(jié)果的可靠性等優(yōu)勢(shì),使其有望成為...

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(fēng)災(zāi)害對(duì)樹木的影響
        1.1.2 樹木抗風(fēng)及其流場(chǎng)的研究現(xiàn)狀
    1.2 LBM的發(fā)展概況
        1.2.1 LBM方法簡(jiǎn)介
        1.2.2 LBM模型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 LBM多孔介質(zhì)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(jiǎn)要思路
        2.2.1 單位轉(zhuǎn)換
        2.2.2 LBM邊界處理格式
        2.2.3 LBM計(jì)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(dòng)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(jié)
第3章 實(shí)心方柱和多孔方柱繞流數(shù)值模擬
    3.1 實(shí)心方柱繞流LBM模擬
        3.1.1 計(jì)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(chǎng)分析
    3.2 多孔方柱繞流LBM模擬
        3.2.1 計(jì)算模型
        3.2.2 參數(shù)分析
        3.2.3 流場(chǎng)分析
    3.3 本章小結(jié)
第4章 樹木立面二維流場(chǎng)的LBM數(shù)值模擬
    4.1 樹木流場(chǎng)的模擬
        4.1.1 LBM計(jì)算模型
        4.1.2 樹木流場(chǎng)的速度分析
        4.1.3 樹木流場(chǎng)的風(fēng)壓分析
    4.2 B類場(chǎng)地下的應(yīng)用實(shí)例
        4.2.1 B類場(chǎng)地的模擬
        4.2.2 樹木下游的風(fēng)速分析
        4.2.3 樹木下游的湍流度分析
    4.3 本章小結(jié)
第5章 樹木水平面二維流場(chǎng)的LBM數(shù)值模擬
    5.1 單棵樹木流場(chǎng)模擬
        5.1.1 LBM計(jì)算模型
        5.1.2 LBM速度分析
        5.1.3 LBM風(fēng)壓分析
    5.2 多棵樹木流場(chǎng)模擬
        5.2.1 LBM計(jì)算模型
        5.2.2 LBM速度分析
        5.2.3 LBM風(fēng)壓分析
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄
附錄B 攻讀碩士學(xué)位期間所參與的科研項(xiàng)目



本文編號(hào)：3736296