Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Mahmud Ashrafizadeh
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) محمود اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Abed Zadehgol Mohammadi
عابد زاده گل محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Introducing a new and entropic kinetic model for simulating the incompressible viscous flows
The present work explores minimal kinetic theories based on the unconventional entropy function, H _ lnf (Burg entropy). This entropy function was originally derived by Boghosian et al as a basis for discrete-velocity and lattice Boltzmann models for incompressible fluid dynamics. In the model of Boghosian et al, the velocity space is discretized using a finite set of fixed speed vectors which are symmetrically distributed over the velocity space. Using the continuous form of Burg entropy, we extend the work of Boghosian along the following lines: (1) It is shown that, in the continuous-velocity limit of the models of Boghosian, i.e. when the speed is fixed while the particles are free to move in all continuous directions, the equilibrium distribution function can be identified with Poisson kernel of the Poisson integral formula, as an explicit function of the macroscopic properties of the fluid. (2) The expansion coefficients in the Fourier series expansion of the equilibrium distribution function are the velocity moments of the equilibrium distribution function. (3) Employing the theory of functions of a complex variable, the real velocity space is mapped into complex spaces, and it is shown that the velocity moments of the equilibrium distribution function can easily be evaluated using the Poisson integral formula, in the complex plane. (4) The errors due to discretization of the velocity space, when using a hexagonal lattice, is analysed, and it is shown that these errors can be neglected at low Mach numbers. (5) In, the new model, a symmetric discretization of the velocity spaces is not necessary. (6) Rest particles have been included to rectify the speed of sound of the model. (7) A new moment system has been introduced which can be used to replace the hexagonal lattice with a more convenient orthogonal lattice. Using the moment system, one can employ multiple relaxation times, to further increase the stability of the model. To implement the streaming stage, in the present work, different numerical methods have been discussed. We have shown that both ”lattice based” and ”discontinuous Galerkin based” models can be used to solve the advection equation and stream the particles. Based on the above methods and streaming strategies, we have introduced the following new models: d 2 z 6, d 2 z 7 (RP), and d 2 z 9 (MB), which have been used to solve some benchmark problems and the results are compared with the works of others. The convergence rate of the new model is second order in space, which is similar to the convergence rate of the conventional lattice Boltzmann models. Based the simulation results, the lattice based d 2 z 6 is both more cost effective and more stable than the conventional d 2 q 9. The ”discontinuous Galerkin” based streaming schemes are less cost effective than the lattice based models, while they offer better flexibility in handling very complex geometries. Key words: Entropic kinetic models, lattice Boltzmann
در این پایان نامه، مدل های جنبشی آنتروپیک، بر پایه ی تابع آنتروپی غیرمتعارف ”برگ“، مورد بررسی قرار می گیرند. شکل گسسته ی تابع آنتروپیک”برگ“ قبلا توسط ”بوقاسیان“ و همکارانشدر مدل های شبکه ی بولتزمن مورد استفاده قرار گرفت. درمدل هایبررسیشده توسط”بوقاسیان“ و همکارانش، گسسته سازیمیدان سرعتتوسطچند بردار سرعتکه تعداد آنها محدود، بزرگی آنها ثابت، و توزیع آنها در فضای سرعت بصورت متقارن است، انجام می شود. در تحقیق حاضر از شکل پیوسته ی تابع ( آنتروپی ”برگ“ استفاده می شود و کار انجام شده توسط ”بوقاسیان“ و همکارانشدر راستای موارد زیر توسعه داده می شود: 1)نشان داده می شود که برای حالت حدی که در آن تعداد جهات انتشار به سمت بینهایت میل می کند، یعنی برای حالتی که در آن سرعت ذرات ثابت ولی جهات انتشار پیوسته است، می توان تابع توزیع تعادلی را با استفاده از کرنل پوآسون و بصورت تابع صریحی از خواصماکروسکوپیکسیال بیان کرد. ( ?) نشان داده می شود که، در بسط فوریه ی تابع توزیع تعادلی، ضرایببسط مذکور ممان های مراتب مختلفتابع توزیع تعادلی می باشند. ( ?) مختلط سازی فضای سرعت حقیقی انجام می شود و نشان داده می شود که می توان، با استفاده از روشفوق، ممان های سرعتتابع توزیع را با سهولتمحاسبه کرد. ( ?) بررسی تحلیلی و عددی خطای حاصل از گسسته سازی فضای سرعتانجام می شود و نشان داده می شود که در محدوده ی اعداد ماخ کوچکمی توان از خطای مذکور صرف نظر کرد ( ?) در مدل جدید گسسته سازی فضای سرعت می تواند بصورت غیر متقارن انجام شود و شرط تقارن شبکه غیر ضروری می شود. ( ?) با استفاده از ذره ی مقیم در مرکز، سرعت صوت مدل تنظیم می شود. ( ?) سیستم ممانی جدیدی با زمان های آرامشچندگانه برای مدل جدید ارایه می شود که می توان با استفاده از آن، بجای شبکه ی ششضلعی، از یکشبکه ی متعامد برای انتشار ذرات استفاده کرد. برای پیاده سازی مرحله ی انتشار، در این رساله، روش های عددی متفاوتی مورد استفاده قرار گرفته اند. گسسته سازی فضای سرعت با استفاده از روش”تقریب چند جمله ای“ و روش”ممان های هم ارز“ مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. علاوه بر آن از روش”شبکه مبنا“ و روش”گالرخین گسسته“ برای حل ”معادله ی انتشار“ استفاده شد. در صورتگسسته سازی غیر متفارن فضای سرعت، می توان از روش”گالرخین گسسته“ برای انتشار ذرات استفاده کرد. d 2 z 9( MB ) و d 2 z 7( RP ) ، d 2 z 6 دراینپایان نامه،بابکار گیریروش هایگسسته سازیوانتشارفوق،مدل هایجدید ارایه می شوند که با استفاده از آنها چند مسئله ی نمونه حل می شود و نتایج بدست آمده با یکدیگر و با کارهای سایرین مقایسه می شوند. بر اساسشبیه سازی های انجام شده، هزینه های محاسباتی مدل های مبتنی بر روش”گالرخین گسسته“ بیشاز هزینه های محاسباتی مدل های ”شبکه مبنا“ است، اگرچه روش”گالرخین گسسته“ در حل مسایل با هندسه های پیچیده، انعطاف پذیرتر است. در این تحقیق نشان می دهیم که دقتو نرخ همگرایی مدل جنبشی جدید از مرتبه ی دو استکه از این لحاظ با مدل های متعارف پایدار تر استو پایداری d 2 q 9 از مدل متعارف d 2 z 6 شبکه ی بولتزمن برابری می کند. بر اساسشبیه سازی های انجام شده، مدل بیشتر مدل جنبشی جدید با صرفهزینه ی محاسباتی کمتر حاصل شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی