颗粒分布对绕流的影响.pdf

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1、第4l卷第5期2011年9月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueVol4lNo5Sep201l颗粒分布对绕流的影晌杨滨，蔡力，聂玉峰(西北工业大学应用数学系，陕西西安710072)摘要：通过改进的格子Bohzmann方法对二维单颗粒绕流过程进行数值模拟，获得单颗粒分布在不同住置时出流速度的大小。同时，结合遗传算法与模拟退火算法导出遗传模拟退火算法，并将之用于优化颗粒分布。最终获得出流速度最小的单颗粒分布。所给数值算例验证了方法的有效性和可靠性。关键词：颗粒绕流；格子Boltz

2、mann方法；优化中国分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671．654X(201I)05—0014—05InfluenceofPartideDistributiononnowArounditYANGBin，CAILi，NIEYu·feng(却口删ofApplwdMathematics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Inthispaper，flowaroundasirLgkparticleintwo·dimen

3、sionaldomainissimulatedbythemod-ifiedlatticeBoltsmannmethod．Then山eoutflowspeedcanbeobtainedwhenthe"particleislocatedindif-ferentspots．Simultaneously，theso-calledgeneticsimulatedannealingalgorithmisdeducedbycombiningthegeneticalgorithmandthesimulatedannealing

4、algorithm．Byusingthisnewalgorithm，theoptimalpar-tieledistributioncanbeanalyzedconsideringthattheoutflowspeedshouldbeaminimum．Theefficiencyandthereliabilityoftheproposedmethodaleverifiedbysomenumericalex“ples．Keywords：flowaroundparticle；latticeBoltzmannmethod

5、；optimization引言固体颗粒在流体中的悬浮现象广泛存在于工业应用、环境科学、生命科学和医学科学等领域，了解并掌握固体颗粒分布于流场不同位置时的流体系统的运动规律极具理论研究价值和实际意义”。1。在颗粒流体系统中，固体颗粒在流场不同位置对流体流动的出流速度有着显著的影响。从而，在来流速度一定的情况下，可以通过改变固体颗粒的位置使得出流速度最小。例如，在大坝泄洪的过程中我们希望出流速度尽可能小，可以考虑在坝前投放障碍物。因此，研究颗粒分布对绕流的影响也是一个很重要的课题。目前，对于流体计算的数值模拟方法主

6、要有有限差分法‘“”、有限元法‘“、有限体积法m⋯。而格子Boltzmann方法(LatticeBdtmannMethod，LBM)”““是近几十年发展起来的一种典型的、能够用于模拟复杂流动现象的介观数值方法。20年间，其在理论和应用研究等方面都取得了迅速发展并逐渐成为在相关领域研究的国际热点之一，受到国内外众多学者关注。该方法在宏观上是离散方法，微观上是连续方法，因而被称为介观模拟方法。Boltsmarm方程的基本思想是不去确定每个分子的运动状态。求出每个分子处在某一状态下的概率，通过统计的方法得出系统的宏观

7、参数”“。由于Boltzmann方程中存在一个复杂的碰撞项，Bhatnagal、Gross和Krook提出用一个简单算子来替代Bolt口rnann方程中的碰撞项，从而得出Boltzmann—BGK方程。而格子Boltzmann方程就是Bohzmann．BGK方程的一种特殊的离散形式。本文将采用格子Boltzmann方法对二维单颗粒绕流过程进行数值模拟，并采用遗传算法与模拟退火算法相结合的遗传模拟退火算法优化颗粒分布，研究优化颗粒分布后对绕流的影响。收稿日期：20lI一06—03修订日期：20lI一07—12暮盒

8、项目：国家自然科学基金项目资助(11071196，11101333)；陕西省自然科学基础研究计划项目资助(2011GQlOl8)；西北工业大学基础研究基金项目资助作者简介：杨滨(1988一)．男．山东潍坊人，硕士．主要研究方向为科学与工程问题数值仿真。2011年9月杨滨等：颗粒分布对绕流的影响·15·1模型流体力学是一门研究流体宏观运动的学科。虽然流体的微观运动在时间和空间上都非常复杂