基于mrt-lbm的流场与声场仿真计算

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1、分类号学号M201471568学校代码10487密级硕士学位论文基于MRT-LBM的流场与声场仿真计算学位申请人王富海：学科专业：工程力学指导教师：何锃教授答辩日期：2017.05.18AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringSimulationoffluidflowandacousticbasedonMRT-LBMCandidate:WangFuhaiMajor:Eng

2、ineeringMechanicsSupervisor:Prof.HeZengHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2017独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论

3、文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月华中科技大学硕士学位论文摘要格子玻尔兹

4、曼方法（LBM）是一种介观尺度的数值计算方法，相比于传统的数值计算方法，它计算比较简单，具有良好的并行性。相比较只有一个松弛因子的BGK模型，具有多个松弛因子的MRT模型稳定性更好。本文完成了多松弛-格子格子玻尔兹曼方法（MRT-LBM）部分理论到程序的算法设计，采用Matlab语言进行了程序实现，使用该方法完成了部分流场和声场现象的仿真。对于流场仿真，首先用MRT-LBM进行了雷诺数40至200，不同长宽比下二维矩形腔的流场形态仿真及结果分析；然后仿真了雷诺数40和200下的不同圆柱旋转速度对二维管

5、道的流动影响，两种雷诺数分别对应稳态和非稳态状况，定量描述了转速比与升力系数和阻力系数的变化关系。对于声场仿真，首先用MRT-LBM进行了一维平面声波衰减的仿真计算，并与理论解和其它文献进行了结果对照分析；其次通过对平面声波狭缝透射的仿真计算，完成了声波的衍射和干涉现象模拟，表明了LBM可以描述声波的基本特性；然后通过稳定流场中的点声源传播仿真，再现了多普勒效应这一波动现象，表明了LBM具备仿真流动与声波相互作用的能力；最后进行了自由空间点声源通过狭缝衰减的LBM仿真，分析了波长、狭缝长度、狭缝宽度和

6、狭缝数量对声波传播的影响，得到了相关参数与声压衰减之间的变化关系。关键词：MRT；LBM；矩形腔；圆柱绕流；声波衰减I华中科技大学硕士学位论文AbstractTheLBMisakindofmesoscopicnumericalanalysismethod,whichhasnotonlythecharacteristicsofmicroscopicmethods,butalsotheadvantageofmolecularmotion.Soithasgreatsuperiorityandpotentia

7、lintheanalysisofcomplicatedflowproblemsofmulti-scaleandmulti-physics.Fromacomputationalperspective,thephysicalevolutionofLBMisclearandeasytoprogram.Meanwhilethecomputationislocalandithasnaturalparallelism.Socalculationoflarge-scaleflowproblemhasagreatad

8、vantage.ComparedwiththeBGKmodelwhichhasonlyonerelaxationtime,theMRTmodelwhichhasmultiplerelaxationtimehasbetterstability.Inthispaper,theMRT-LBMisdesignedfromthetheorytotheprogram,andthentheprogramisimplementedbyMatlablanguage.For