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在计算流体动力学领域(CFD),格子 Boltzmann方法(LBM)与浸没边界法(IBM)分别以处理流场简单高效、处理流固耦合界面方便的优势,获得了研究者们的广泛关注。近十年来,学者们将两者结合起来形成了一种更为简洁的浸没边界格子Boltzmann方法(IB-LBM)。本文利用IB-LBM进行流场研究,并对计算方法进行改进分析,通过相应的数值算例分析改进方法的优势,并进行改进算法在CFD上的应用研究。 本研究主要内容包括:⑴提出了一种改进后的浸没边界格子 Boltzmann算法。改进算法使用作用力格子Boltzmann模型,简化了流固耦合作用力计算方法,使得计算流程得到了简化,计算效率得到了显著的提高。对比相同计算循环次数的圆柱绕流仿真结果发现,改进算法不需要使用迭代的方式计算流固边界表面作用力,使得低雷诺数定常流动圆柱绕流仿真计算时,圆柱绕流流线的对称性得到了保证,计算更为稳定,计算时间缩短了近一半。⑵结合改进计算算法,对雷诺数Re40,200二维转动圆柱绕流问题进行了仿真研究。将转动圆柱绕流状态下仿真的流体动力学参数与其他文献的对比可发现,Re40条件下随转速比的增加,回流区长度逐渐减小。对比不同雷诺数下的升阻力系数变化,验证了随转速比的增加,升阻力系数线性变化的重要结论。计算结果可为水润滑轴承的液膜水动力特性研究提供理论基础。⑶在改进算法的基础上,结合大涡模拟中的亚格子模型对二维湍流问题进行了研究。以圆柱绕流模型进行了低雷诺数下的验证,并针对高雷诺数进行计算,其对应的阻力系数升力系数均与对比文献相一致,反映了改进算法在大涡模拟的应用价值。为湍流现象的研究提供了可行的数值计算模型。