基于浸入移动边界的 LBM-DEM 耦合方法的综合研究
计算物理
2019-06-21 v1
摘要
我们对一种完全解析的流-粒模型进行了系统研究，该模型采用浸入移动边界技术将格子 Boltzmann 方法（LBM）与离散元方法（DEM）相耦合。过去十年中已有类似算法报道，但主要模型参数的作用尚待充分理解。为检验各类数值误差，我们开展了一系列涵盖宽雷诺数范围的基准算例，从单个静止颗粒到多个运动颗粒。研究发现，对于低和中等雷诺数流动，每个颗粒直径需至少 20 个流体网格单元方能达到足够精度（5% 以内）。对于高雷诺数流动，应引入湍流模型，从而以准确高效的方式捕捉未解析小涡的影响。此外，LBM-DEM 结果对松弛时间也敏感，尤其在空间分辨率不足时。较大的松弛时间会向流-粒系统引入额外的流体动量扩散，导致流体动力相互作用减弱。选取大于下限 0.5 的小松弛时间，可实现较小的流体可压缩性误差及流体与颗粒间的强耦合，代价是计算量增大。测试算例还展示了 LBM-DEM 通过捕捉孔隙尺度流体动力相互作用来描述颗粒悬浮液流变学的能力。最后，提供了快速建立高质量 LBM-DEM 模型的指南。
引用
@article{arxiv.1809.07008,
title = {A comprehensive study of coupled LBM-DEM with immersed moving boundary},
author = {G. C. Yang and L. Jing and C. Y. Kwok and Y. D. Sobral},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.07008},
year = {2019}
}
备注
38 pages, 16 figures