三维可压缩Boltzmann模型及其在低Mach数湍流中的应用

摘要 改进了有限差分格子Boltzmann方法（FDLBM），以直接数值模拟气动噪声.基于LB求解器特性，采用动力学方程中的恒定对流速度以实施高阶迎风差分，提高了声波和湍流的分辨率.通过建立一个新的三维粒子模型，计算得到了任意比热容的三维可压缩Navier-Stokes系统.此外，利用Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）碰撞算子，通过引入热流量修正，实现了Prandtl数的可变性.在激波管内弱声波以及伴随有温度梯度的Taylor-Couette层流的验证计算中，提出的新方法结果良好.此外也对NACA0012翼型绕流进行了三维模拟.其中，Reynolds数、Mach数和攻角分别取2×105，8.75×10-2以及9°.计算发现，在机翼前缘附近的分离气流位置，以及表面压力波动强度的Mach数依赖性方面，数值计算结果与实验结果相吻合