基于中心矩的级联格子Boltzmann方法用于含旋流效应的轴对称热流

本文提出了一种基于中心矩和多松弛时间的级联格子Boltzmann（LB）方法，用于在具有轴对称性的柱坐标系下模拟由浮力和/或旋流效应驱动的传热对流流动。为此，轴向和径向动量分量以及压力通过伪笛卡尔形式的带几何质量与动量源项的二维Navier-Stokes方程表示，而方位角动量和温度场的演化各自由带适当局部源项的对流-扩散型方程建模。基于此，构建了涉及三个分布函数的级联LB格式：使用D2Q9格子求解子午面内的流体运动，使用D2Q5格子分别求解方位角动量和温度场。流场的几何质量与动量源项以及温度场的能量源项，通过一种新的对称算子分裂技术引入，即围绕每个分布函数的级联碰撞步，采用碰撞前和碰撞后源步。这给出了一种特别简单紧凑的公式，可直接以相应零阶和一阶矩的变化一致地表示各种几何源项的影响。利用新的轴对称级联LB格式对柱几何中若干复杂的浮力驱动热流及包含旋转效应的流动进行模拟，所得速度场与温度场结构以及以Nusselt数表示的传热率均与已有基准结果吻合良好。