A comparative study of the axisymmetric lattice Boltzmann models under the incompressible limit
A comparative study of the axisymmetric lattice Boltzmann models under the incompressible limit
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不可压缩极限下轴对称格子Boltzmann模型的比较研究
DOI：
10.1016/j.camwa.2017.05.028
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发表时间：
2017-08
影响因子：
2.9
通讯作者：
Chew Jia Wei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang Liangqi;Yang Shiliang;Zeng Zhong;Chen Jie;Wang Lingquan;Chew Jia Wei
对四种轴对称格子Boltzmann（LB）模型，即Guo等人（2009）的基于动力学理论的模型、Li等人（2010）的自洽模型、Zhou（2011）的中心格式模型和我们的模型（基于将中心格式应用于Guo等人（2009）的模型）进行了理论和数值比较研究。在不可压缩极限下，采用有限差分法对LB方法进行了解释，以评估模型的精度。特别地，对宏观轴对称Navier-Stokes（N-S）方程中空间梯度项所采用的有限差分格式进行了比较。此外，数值性能（即，数值精度、稳定性和收敛效率）进行了比较。数值结果与理论分析雅阁较好。此外，还发现，轴对称LB模型的数值稳定性，有效地提高了从非流体动力学变量的影响。
A comparative study on four axisymmetric lattice Boltzmann (LB) models, namely, the kinetic theory based model by Guo et al. (2009), the consistent model by Li et al. (2010), the centered scheme model by Zhou (2011), and our model (based on applying the centered scheme to the Guo et al. (2009) model), is conducted both theoretically and numerically. The finite difference interpretation of the LB method by Junk (2001) is applied to evaluate the accuracy of the models under the incompressible limit. Particularly, the finite difference stencils adopted for the spatial gradient terms in the macroscopic axisymmetric Navier-Stokes (N-S) equations are compared. Besides, the numerical performance (i.e., the numerical accuracy, stability and the convergence efficiency) of the models is compared by two benchmark tests, namely, the unsteady-state Womersley flow and the cylindrical cavity flow. The numerical results accord well with the theoretical analysis. Additionally, it is also found that the numerical stability of the axisymmetric LB models is effectively improved by removing the effects from the non-hydrodynamic variables.
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