时间步长对格子玻尔兹曼法模拟室内气流精度的影响

作     者：韩梦涛 HAN Mengtao

作者机构：华中科技大学建筑与城市规划学院湖北武汉430074 

出 版 物：《同济大学学报（自然科学版）》 (Journal of Tongji University:Natural Science)

年 卷 期：2022年第50卷第6期

页      面：793-801页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金(2021XXJS053) 

主　　题：风环境 格子玻尔兹曼法 时间步长 压缩性误差 超松弛碰撞 大涡模拟 

摘      要：基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟(LBM-LES)是湍流模拟的新方法,但不恰当的时间步长δt可能会影响其计算精度。首先理论总结了δt可能对LBM-LES湍流模拟造成的影响,阐明过大的δt会导致速度场产生压缩性误差,而过小的δt会导致超松弛碰撞产生速度场的数值振荡。其次,通过对等温室内气流案例进行LBM-LES模拟,定量讨论了δt引起的压缩性误差和数值振荡问题。结果表明,δt较大时流场密度变化剧烈,且格子玻尔兹曼单位的马赫数(M)超过0.3的区域中速度场产生了明显的压缩性误差。同时,过小的δt导致平均及脉动风速均产生了数值振荡,这在网格分辨率较高时尤为明显。建议模拟时在确保δt足够小以满足最大风速区域的M0.3的基础上,尽量增大δt以防止产生数值振荡。