Lattice Boltzmann simulations of high-order statistics in isotropic turbulent flows
Lattice Boltzmann simulations of high-order statistics in isotropic turbulent flows
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各向同性湍流高阶统计量的格子玻尔兹曼模拟
DOI：
10.1007/s10483-018-2254-9
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发表时间：
2017
影响因子：
4.4
通讯作者：
He Guowei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jin Guodong;Wang Shizhao;Wang Yun;He Guowei
将格子Boltzmann方法(LBM)与多重松弛时间(MRT)碰撞模型和三维19离散速度(D3Q19)模型相耦合，用于求解各向同性湍流中小尺度的间歇行为。研究了速度结构函数的高阶标度指数、拉格朗日加速度的概率分布函数和局部能量耗散率。利用扩展自相似(ESS)方法研究了时空速度结构函数的自相似性，该方法最初是为速度空间结构函数而发展的。空间结构函数在10个数量级的标度指数与实验测量和理论结果一致，表明LBM能够准确地分辨间歇性行为。这一验证为利用LBM研究湍流中对小尺度敏感的更复杂的过程提供了坚实的基础，如污染物的相对扩散和湍流中悬浮重颗粒优先浓度的中尺度结构。
The lattice Boltzmann method (LBM) is coupled with the multiple-relaxation-time (MRT) collision model and the three-dimensional 19-discrete-velocity (D3Q19) model to resolve intermittent behaviors on small scales in isotropic turbulent flows. The high-order scaling exponents of the velocity structure functions, the probability distribution functions of Lagrangian accelerations, and the local energy dissipation rates are investigated. The self-similarity of the space-time velocity structure functions is explored using the extended self-similarity (ESS) method, which was originally developed for velocity spatial structure functions. The scaling exponents of spatial structure functions at up to ten orders are consistent with the experimental measurements and theoretical results, implying that the LBM can accurately resolve the intermittent behaviors. This validation provides a solid basis for using the LBM to study more complex processes that are sensitive to small scales in turbulent flows, such as the relative dispersion of pollutants and mesoscale structures of preferential concentration of heavy particles suspended in turbulent flows.
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