Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmud Ashrafizadeh,Ebrahim Shirani
محمود اشرفی زاده (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ahmadreza Rahmati
احمدرضا رحمتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1380

TITLE

Stability Improvement of Lattice Boltzmann Method for Simulation of High Rayleigh Turbulent Thermal Flows
In this study, stability analysis of lattice Boltzmann methods has been investigated for simulation of high Ra no. turbulent thermal flow problems and a stable model has been proposed. The following issues related to simulate these problems using lattice Boltzmann method were investigated: total number of links of lattice model, stability improvement techniques, turbulence modeling, compressibility effects, thermal lattice Boltzmann models and implementation of boundary conditions. In two-dimensional case, a combination model has been suggested and applied on a non-uniform mesh. This model is composed of 1. D2Q9 lattice model, 2. Multi-Relaxation-Time Lattice Boltzmann (MRT-LB) model, 3. Incompressible LB model (Guo based), 4. LES in conjunction with Smagorinsky and mixed scale viscosity sub-grid models, 5. Hybrid thermal lattice Boltzmann model, 6. Mid-grid boundary conditions, and 7. Application of the TLLBM technique on non-uniform mesh. To validate the proposed model, a turbulent RBC flow has been simulated at different Ra numbers up to 10 15 for Prantdl number of 0.71 . Besides, in three-dimensional case, a combination model has been proposed. This model consists of 1. D3Q19 lattice model, 2. Fractional Volumetric Multi-Relaxation-Time Lattice Boltzmann (FV-MRT-LB) model, 3. Incompressible LB model (Guo based), 4. LES in conjunction with Smagorinsky and viscosity mixed scale sub-grid models, 5. Hybrid thermal lattice Boltzmann model, and 6. Mid-grid boundary conditions. To verify the proposed model, a turbulent NC flow is simulated at different Ra numbers up to 10 15 for Prantdl number of 0.71 . The results show that the proposed models produce accurate results at low Ra number flows and are stable at high Ra number flow problems. Keywords: Lattice Boltzmann method; thermal LBM; stability of LBM; LES; Rayleigh number.
هدف از این تحقیق، بهبود پایداری روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی جریان های گرمایی مغشوش در اعداد رایلی بزرگ و ارائه یک مدل پایدار برای شبیه سازی اینگونه جریان ها می باشد. بدین منظور در ابتدا عوامل مؤثر در شبیه سازی این گونه جریان ها با استفاده از روش شبکه بولتزمن نظیر نوع شبکه مورد استفاده، تکنیک های بهبود پایداری، مدل اغتشاش، تراکم پذیری یا غیر تراکم پذیری مدل شبکه ، نوع مدل گرمایی، نحوه پیاده سازی و اعمال شرایط مرزی مورد بررسی قرار گرفته است که منجر به ارائه یک مدل ترکیبی مناسب گردید. در حالت دوبعدی این مدل ترکیبی متشکل از 1) مدل شبکه D2Q9، 2) روش شبکه بولتزمن با ضریب تخفیف چندتایی، 3) مدل تراکم ناپذیر گیو و همکاران، 4) مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ بهمراه دو مدل زیرشبکه اسماگورینسکی و مدل زیرشبکه ویسکوزیته با مقیاس ترکیبی و درهم، 5) مدل گرمایی شبکه بولتزمن هیبرید، 6) شرط مرزی mid-grid بوده و با استفاده از روش TLLBM بر روی یک شبکه غیر یکنواخت پیاده سازی گردید. به منظور تصدیق اعتبار آن، جریان مغشوش RBC در اعداد رایلی مختلف تا مقدار 10 15 شبیه سازی شد. در حالت سه بعدی این مدل از ترکیب 1) مدل شبکه D3Q19، 2) ترکیب روش شبکه بولتزمن با ضریب تخفیف چندتایی و روش شبکه بولتزمن حجمی کسری، 3) مدل تراکم ناپذیر گیو و همکاران، 4) مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ بهمراه دو مدل زیرشبکه اسماگورینسکی و مدل زیرشبکه ویسکوزیته با مقیاس ترکیبی و درهم، 5) مدل گرمایی شبکه بولتزمن هیبرید، 6) شرط مرزی mid-grid تشکیل گردید و بر روی یک شبکه یکنواخت اعمال شد. بمنظور اعتبار سنجی آن، جریان سه بعدی NC در اعداد رایلی مختلف تا مقدار 10 15 شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که هر دو مدل قابلیت شبیه سازی جریان های گرمایی مغشوش در اعداد رایلی بزرگ را دارا می باشند. کلمات کلیدی: 1- شبکه بولتزمن 2- مدل گرمایی شبکه بولتزمن 3- پایداری روش شبکه بولتزمن 4- شبیه سازی گردابه های بزرگ 5- عدد رایلی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی