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首先我是mechanical engineering 专业的工科学生, 大概半年前,因为所作项目的缘故,接触到LBM的流体计算方法,我考虑LBM纯粹偏向应用.由于刚接触LBM,可能问的问题比较低级,请见谅,也请大家不吝赐教.
我的研究对象是多组分(三种气体)单相(气态)混合流动,geometry是一个真空反应器(出口有真空泵),之前尝试用Fluent等软件做过模拟.后来经过计算,发现流体的Kn数偏大,属于介观方法的LBM应该是个不错的选择.
看了一些书和研究了公开的一些代码后,发现没有想象地复杂,于是自己也学着编了一些程序(lid-driven flow, flow developing in pipe),都是采用LBGK(单松弛)的方法,结果不错.于是开始试着应用到我的geometry(2D),先做单组分等温模拟,于是出现了一些问题.
我的流体入口Re数30左右,入口按速度入口(Zou-He),出口按压力出口(Zou-He)设置,壁面是bounce back,出口的密度和整个lattice的初始密度相同.松弛时间的处理是这样的:保持Re数,设定一个Lattice长度,再设定较小的入口速度(0.1),计算lattice粘度,再通过粘度计算松弛因子.结果发现计算收敛后,流动似乎不充分发展,出口速度非常小.我的解释是,因为我的入口是自南向北,遇到反应器上表面后流动向东发展,最后自北向南从出口流出,在碰撞迁移过程中,速度的方向发生了很大变化,也就是动量发生了很大变化,这样松弛因子较小时就会出现流动缓慢不充分发展的情况.不知这样理解对吗?
现有还有以下疑问在困扰我:
1. 在计算中发现松弛因子影响流动的计算结果, 越大流动发展越快,计算也越容易发散.我的疑问是松弛因子是否和Re对应?如果是,小雷诺数对应小的松弛因子,计算收敛了,流动还没有充分发展,这似乎与实际不符(我在Fluent试了同等条件下的模拟,和LBM的结果差别很大).如果不是,我在保证Re数和实际相同的情况下,通过调整lattice长度,入口速度,来获取一个大的松弛因子,这样流动可以充分发展,但发现出口有涡流产生(出口有压差时).我的问题如果我调整不同的松弛因子,得到不同的计算结果,到底是那个结果跟实际相符的结果?也就是说,我怎么知道哪个松弛因子才和我要模拟的现实相符呢(因为Re数都相同)?还有,LBM计算的速度,压力等值如何和实际对应,比如我在LBM获得的速度大小怎样对应到实际的速度值呢?
2.关于LBM压强和密度的理解:出口设置为压力出口,实际是指定了出口的密度值,经过试验发现,密度初值和出口的密度值,相差较大时,尤其是在Re数大的时候,计算很容易发散.我想知道,这个压力差到底和实际的压力差如何对应?LBGK模型解的是不可压流动方程,意味着整个流场中的密度值应该恒定,也就是压力值应该恒定,那是否意味着我无法实现出口存在一个类似真空泵一样的低压(这样会导致出口密度突变)?如果可以实现,我的压力差如何设置才能符合实际情况呢?
3.这两天在论坛中看到大家讨论MRT的方法,目前还没有深入了解MRT,我不知道相对于传统的LBGK的方法,MRT的方法优势在哪?MRT既然是更一般的LBM方法,和LBGK比较,它是否求解更一般的流动方程?它有限制条件吗,比如不可压流动?MRT是否更适合我呢?
4.最后一个问题, LBM是否能够模拟化学反应,比如气体和固体的表面化学反应?有相应的成熟的模型吗?
对于我学工科而言,LBM只是一种方法,用它来解决我的工程问题,我现在就想了解LBM是否真的已经成熟到能够很好的解决工程问题?我要对这条路怀有多大信心呢?
希望大家多多指点,在这里先感谢大家了,谢谢!
[ 本帖最后由 donglbm 于 2013-4-19 00:31 编辑 ] |
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