Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmud Ashrafizadeh,AliAkbar AlemRajabi
محمود اشرفی زاده (استاد راهنما) علی اکبر عالم رجبی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hossain Saboonchi
حسین صابونچی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Fluid Flow Simulation with Multi-Block Lattice Boltzmann Method
Navier Stocks Equations are being used for years in fluid Dynamics as the basic equations. There are almost three decades that the most basic equations of Lattice Boltzmann are growing their usage from fundamental science like Physics and Mathematics to more applicable knowledge which is engineering. The reason of this growing is the need of more precise solution for Micro- and Nano-scale fluid flows. After that, Lattice Boltzmann Method (LBM) has been used in different areas of Fluid Dynamics. Then, the vast effort for improving this method leads to invention of Multi-block LBM, in the recent years. The Standard LBM uses a uniform mesh in the whole domain; therefore when more accuracy is needed in some special parts of the domain, the whole domain’s mesh should be made finer. This causes an exponential growth in the computational cost, which its rate is the ratio of lattice space between two mesh-systems. To resolve this problem, in the Multi-Block LBM, a domain is divided into some independent blocks which could have different sizes. Therefore, in the place where gradients are higher and therefore finer mesh is needed, a local mesh refinement could be applied only to the desired blocks. For applying this method to fluid mechanics, in present work, some benchmark problems have been used. Each benchmark has its own property which needs special care in applying this method. At first the lid-driven cavity fluid flow has been studied. Then the transient fluid flow around a cylinder in 2D channel has been solved. As a last example, the flow through a backward facing step is simulated. In each problem, there are some parameters which could be used as the comparing quantity. In all of these benchmarks the multi-block results agree well with these obtained using standard LBM. In some cases great improvement in accuracy was observed.
معادلات ناویر استوکس سالهاست که در مکانیک سیالات به عنوان معادلات پایه‌ای برای حل جریان سیال به کار گرفته می‌شوند. در حدود سه دهه است که معادلات پایه‌ای‌تر شبکه بولتزمن از علوم پایه‌ای فیزیک و ریاضیات، کاربردی شده و وارد علوم مهندسی شده‌اند. علت این امر نیز نیاز به معادلاتی پایه‌ای‌تر برای حل دقیق‌تر جریان سیال در ابعاد میکرو و نانو بود. بعد از آن روش شبکه بولتزمن برای حل مسایل مختلف سیالاتی به کار گرفته شده است. سپس در سال‌های اخیر تلاش‌های مختلف دانشمندان برای برطرف کردن مشکلات این روش منجر به پیشنهاد روش اصلاح شده‌ای با نام شبکه بولتزمن چند بلوکی شد. روش شبکه بولتزمن استاندارد با توجه به استفاده از شبکه یکنواخت در کل دامنه حل، در مواردی که در نواحی خاصی نیاز به شبکه ریز‌تر برای کسب دقت بالاتر داشته باشد، مجبورمی‌شود که در تمام دامنه حل از شبکه ریزتراستفاده کند. این امر موجب بالا رفتن هزینه محاسباتی به صورت نمایی بر حسب نسبت ریزی می‌شود. روش شبکه بولتزمن چند بلوکی برای حل این مشکل دامنه حل را به بلوک‌های مجزایی تقسیم می‌کند. هر بلوک دارای اندازه شبکه مستقل از دیگر بلوک‌هاست. بدینوسیله در محل‌هایی که گرادیان‌ها شدیدتر است و نیاز به شبکه ریز‌تر است، بدون‌آنکه اندازه شبکه در دیگر بلوک‌ها تغییر کند، این امر به سادگی محقق می‌شود. برای اعمال این روش در مکانیک سیالات، در کار حاضر، از چند مثال محک رایج در سیالات استفاده شده است. هر مثال دارای ویژگی مجزایی است که نیاز به بکار گیری دقت در اعمال صحیح این روش را منجر می‌شود. ابتدا جریان درون یک حفره ناشی از درب متحرک آن حفره بررسی شده است. سپس جریان گذرای گذرنده از روی مانع دایره‌ای درون کانال دو بعدی بررسی شده است. در آخر نیز جریان گذرنده از روی پله حل شده است. در هر مثال پارامتر‌های خاص آن مثال به عنوان محک مثال محاسبه شده است. در تمامی این مثال‌ها تطبیق بسیار خوب نتایج با نتایج روش شبکه بولتزمن استاندارد و افزایش دقت در محاسبات مشاهده شد. برنامه‌های مذکور در زبان C و Matlab نوشته شده‌اند. سرعت فوق العاده حل در زبان C و پچیدگی در نوشتن برنامه، ویژگی این زبان برنامه‌نویسی است. در مقایسه زمان‌های اجرای طولانی‌تر و نوشتن بسیار ساده، ویژگی نوشتن برنامه در نرم‌افزار Matlab است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی