ارزیابی دقت و رفتار هیدرودینامیکی انواع شرایط مرزی عدم لغزش در مرزهای انحنادار در روش بولتزمن شبکه‏ ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 زنجان-مهندسی- گروه مهندسی مکانیک

2 دانشگاه زنجان/ هیات علمی گروه مهندسی مکانیک

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان

چکیده

این مقاله به بررسی کمی روش‏های مختلف اعمال شرط مرزی عدم لغزش بر روی استوانه ثابت و دوار در چارچوب روش بولتزمن شبکه‏‌ای، می‏‌پردازد. بدین منظور، از پنج روش بازگشت به عقب، وای-ام-ال-اس خطی، وای-ام-ال-اس درجه دو، بی-اف-ال خطی و بی-اف-ال درجه دو استفاده شده است. چالش اساسی در همه این روش‏‌ها چگونگی محاسبه و میان‏یابی توابع توزیع مجهول در نقاط اویلری پیرامون نقاط مرزی است. نتایج نشان می‏‌دهد که در شرایط پایدار (20=Re و 40=Re) حداکثر خطای محاسبه زاویه جدایش 6/7 % و مربوط به روش بازگشت به عقب است، درحالی که در شرایط پایدار اختلاف معناداری میان ضرایب پسا در روش‌های مذکور مشاهده نمی‌شود. همچنین روش بی-اف-ال خطی در محاسبه‌ی طول ناحیه جدایش نسبت به روش‏‌های دیگر دارای خطای بیشتری است (6 % برای 20=Re و 8.82 % برای 40=Re). با افزایش عدد رینولدز و ناپایدار شدن جریان و افزایش سرعت بی‏‌بعد دوران، روش بازگشت به عقب در پیش‌‏بینی ضرایب برآ و پسا دچار اختلاف با نتایج روش‌‏های دیگر می‌‏گردد؛ به‏‌طوریکه میان مقادیر ضریب پسا در زمان‏‌های اولیه 7.78>*t و برای شرایط 0.2=k و 200=Re در روش بازگشت به عقب و روش‌های دیگر، اختلاف ایجاد می‏‌شو‌د، اما با افزایش زمان، این اختلاف کاهش می‏‌یابد؛ حال آن‌که سه روش وای-ام-ال-اس خطی، بی-اف-ال خطی و بی-اف-ال درجه دو همچنان نتایج مشابهی را ایجاد می‏‌کنند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که انتخاب مقادیر ضریب رهاسازی یگانه τ، تأثیر جدی بر همگرایی روش‌های بیان شده دارد، به طوریکه، دو روش وای-ام-ال-اس درجه دو و بی-اف-ال درجه دو، محدوه همگرایی کوچک‏تری دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Assessment of accuracy and hydrodynamic behavior of different types of no-slip on the curved boundaries in the lattice Boltzmann method

نویسندگان [English]

  • Taghilou Taghilou 1
  • Jalal Ghasemi 2
  • Aref Salimi 3
1 زنجان-مهندسی- گروه مهندسی مکانیک
3 Department of Mechanical Engineering, University of Zanjan
چکیده [English]

This paper examines the various methods of applying no slip boundary condition on a fixed and rotary cylinder in the lattice Boltzmann framework. For this purpose, five methods of bounce back, LYMLS, QYMLS, LBFL and QBFL are chosen. The main challenge in all of these methods is how to calculate and interpolate the unknown distribution functions at the points around the boundary points. Results show that in the stable conditions (Re=20 and Re=40), the maximum error of calculation of the separation angle is 6.7 % and it is related to the bounce back method, while in the stable conditions, a significant difference cannot be seen between the bounce back and other methods. Also, the LBFL method has the most error in calculating the separation length (6% for Re=20 and 8.82 % for Re=40). By increasing the Reynolds number and increasing the rotational velocity, the bounce back method differs in the prediction of the lift and drag coefficients respect to other methods; so that there is a difference in the lift coefficient in the early times, t*> 7.78 for the conditions of k=0.2 and Re=200, between the bounce back and other methods, however with increasing time, this difference reduces, whereas the three methods of LYMLS, LBFL and QYMLS continue to produce similar results. Investigations show that the choice of the single release time τ has a serious effect on the convergence of the stated methods, so that the two methods of the QYMLS and QBFL have a smaller convergence limit.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lattice Boltzmann method
  • No slip boundary condition
  • Rotary cylinder
  • Momentum exchange method