[发明专利]一种带缓冲区的多层网格LBM演化方法

说明书

本发明公开了一种带缓冲区的多层网格LBM演化方法，解决了现有网格加密计算效率低、复杂度高计算量大的弊端，其技术方案要点是在粗网格和细网格的交界处记录两列已经加细的粗网格点和加细后生成的细网格点，形成设定的缓冲区的网格点；对缓冲区的多层网格进行初始化，并分别对粗网格及细网格的网格点进行LBM演化，至多层网格的粗网格和细网格在时间上一致；分别对粗网格及细网格根据设定的插值公式进行空间插值计算，获得粗网格及细网格的分布函数；进行流场信息量的计算，本发明的一种带缓冲区的多层网格LBM演化方法，在不同层次网格的交接处设置缓冲区，降低了计算方法和算法的复杂度，提高了方法的并行性及计算结果精度，缩短了计算时间。

技术领域

本发明涉及流体动力学计算领域，特别涉及一种带缓冲区的多层网格LBM演化方法。

背景技术

格子Boltzmann方法源于格子气自动机方法(LGCA)，而LGCA是更广泛的元胞自动机(CA)在流体力学中的应用。20世纪50年代Von Neumann率先提出在时间和空间都离散的CA数学模型，并将其应用于模拟生物的自复制功能。此后，Broadwell等在提出了用于研究流体激波结构的离散速度CA模型，但时间和空间还是保持连续的。由于CA可以从微观的角度以粗粒度的尺度数值求解非线性偏微分方程描述的宏观物理体，所以为了研究流体的运输性质，法国的Hardy、Pomeau和Pazzis首次提出基于CA的完全离散HPP模型。在该模型中，流体被离散成一系列粒子，且在时间和空间也被离散到规则的正方形格子上。HPP模型满足质量守恒和动量守恒定律，但是由于正方形格子缺乏足够的对称性，HPP模型中的应力张量不能满足各向同性，且存在伪随机守恒量使得HPP模型不能恢复Navier-Stokes方程的非线性项和耗散项，因此HPP模型并没有被广泛应用于流体流动的研究。1986年，法国的Frisch、Pomeau和美国的Hasslacher针对HPP模型存在的问题，提出了具有足够对称性的二维正六边形模型(FHP模型)。同年，法国的d'Humières、Lallemand和Frisch提出了四维面心立方(FCHC)模型及其在三维空间中的投影。FHP模型和FCHC模型都克服了对称性不足的缺点，能分别恢复二维和三维的不可压缩Navier-Stokes方程。因此，LGCA得到了极大关注，并提出了各种更为复杂的LGCA模型，如颜色模型等，这些模型的发展促进了LGCA在各领域的应用。在LGCA中，流体粒子存在于离散的格子节点上，并沿着格线迁移，所有粒子按照一定的碰撞规则同步地相互碰撞与迁移。