Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Mahmud Ashrafizadeh
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) محمود اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyed Hossein Musavi
سیدحسین موسوی جروکانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Meshless Lattice Boltzmann Method
A meshless lattice Boltzmann numerical method has been developed. The collision and streaming operators of the lattice Boltzmann equation have been separated, as in the usual lattice Boltzmann models. While the purely local collision equation has remained the same, we have rewritten the streaming equation as a pure advection equation and discretized the resulting partial differential equation using the Lax-Wendroff scheme in time and the meshless local Petrov-Galerkin scheme based on augmented radial basis functions in space. The proposed method has been implemented on a computer code. Some well-known benchmark fluid flow problems, namely the plane and circular Couette flows, the three-dimensional lid-driven cavity flow, and the impulsively started cylinder flow have been simulated for the validation of the proposed method. Excellent agreements with analytical solutions or with previous experimental and numerical results in the literature have been observed in all the simulations. Although the computational resources required for the new meshless method per node are higher compared to that of the standard lattice Boltzmann method, it has been shown that for cases in which the total number of nodes is significantly reduced, such as flow in packed beds, the present method actually outperforms the standard lattice Boltzmann method. ? Keywords: Lattice Boltzmann, Meshless method, Fluid flow, Complex geometry ?
در این مطالعه، یک روش عددی جدید برای حل مسائل جریان سیالات به نام ''روش لتیس بولتزمن بدون شبکه`` ارائه شده است. روش لتیس بولتزمن به علت داشتن مزایایی از قبیل عدم محدودیت به فرض محیط پیوسته، سهولت پیاده‌سازی در یک برنامه رایانه‌ای و قابلیت استفاده گسترده از پردازش موازی در بیش از دو دهه اخیر به منظور حل بسیاری از مسائل جریان سیالات به کار رفته است. با این وجود مشکل اساسی روش لتیس بولتزمن محدود بودن به شبکه منظم یکنواخت است که کاربرد این روش در مسائل با هندسه پیچیده را با مشکلاتی مواجه می‌کند. از همین روست که تقریباً از بدو توسعه این روش تا کنون تلاش‌های گسترده‌ای به منظور تعمیم روش لتیس بولتزمن به شبکه‌های غیر یکنواخت و نامنظم انجام شده است. در این تحقیق با تکیه بر مفاهیم اساسی مربوط به روش لتیس بولتزمن، این روش از قید شبکه برای گسسته‌سازی فضای محاسباتی رها شده و به صورت یک روش بدون شبکه درآمده است. در روش ارائه شده در این رساله، همانند روش لتیس-بولتزمن استاندارد، مراحل برخورد و جابجایی به صورت جداگانه در نظر گرفته شده‌اند. معادله برخورد که با کاربرد تقریب BGK یک رابطه جبری کاملاً محلی است، همانند روش لتیس-بولتزمن استاندارد حل شده است. معادله جابجایی که در روش لتیس-بولتزمن استاندارد یک انتقال روی لتیس در چهارچوب لاگرانژی است، در روش حاضر به صورت یک معادله جابجایی خالص در چهارچوب اولری در نظر گرفته شده است. این معادله دیفرانسیل جزئی در زمان با استفاده از روش لکس-وندروف و در مکان با استفاده از روش پتروف-گالرکین محلی بدون شبکه بر مبنای توابع پایه شعاعی بهبودیافته با چندجمله‌ای‌ها گسسته‌سازی شده است. دستگاه معادلات جبری حاصل با استفاده از روش توده‌سازی ماتریس جرم حل شده است. با استفاده از تحلیل حالت یک‌بعدی و نیز تحلیل خطا نشان داده شده است که روش حاضر نسبت به گسسته‌سازی فضا از مرتبه دوم دقت است. روش ارائه شده روی یک برنامه رایانه‌ای به زبان FORTRAN پیاده‌سازی شده است. به منظور بررسی اعتبار و صحت سنجی روش، تعدادی از مسائل نمونه جریان سیالات شامل: جریان کوئت صفحه‌ای و دایره‌ای، جریان پوآزی دو و سه‌بعدی، جریان در محفظه درپوش متحرک دو و سه‌بعدی و جریان با حول استوانه حل شده و نتایج با نتایج حل تحلیلی و یا نتایج کارهای عددی و آزمایشگاهی گذشته مقایسه شده است که در هر مورد انطباق نتایج با نتایج پیشین بسیار خوب است. به منظور بررسی کارایی روش جدید در حل مسائل با هندسه پیچیده، جریان در یک محیط متخلخل دو بعدی و جریان در یک بستر فشرده سه‌بعدی شبیه‌سازی شده است. نتایج حل حاضر برای این دو مسئله نشان می‌دهند که به علت کاهش قابل ملاحظه تعداد نقاط گره‌ای به کار رفته در روش حاضر نسبت به روش لتیس-بولتزمن استاندارد، هم زمان محاسبات و هم حجم حافظه رایانه مورد نیاز در روش حاضر کمتر از روش لتیس بولتزمن استاندارد است و بنابراین روش عددی ارائه شده کارایی محاسباتی بالاتری در حل مسائل با هندسه پیچیده دارد. \{کلمات کلیدی:} \ لتیس بولتزمن، بدون شبکه، جریان سیال، هندسه پیچیده \

ارتقاء امنیت وب با وف بومی