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Simulation of vortex shedding around cylinders by immersed boundary-lattice Boltzmann flux solver
Applied Ocean Research ( IF 4.3 ) Pub Date : 2021-07-05 , DOI: 10.1016/j.apor.2021.102763
Haoran Yan 1 , Guiyong Zhang 1, 2, 3 , Shuangqiang Wang 4 , Da Hui 5 , Bo Zhou 1
Affiliation  

The hydrodynamic response accompanied with vortex shedding around circular cylinders plays a pivotal role in ocean engineering, and the numerical simulation is an essential and efficient way. The computational domain is usually in large scale for this kind of problem, and the details of flow field surrounding structures are necessary to be observed as they play key influence. Comparing with popular numerical methods for fluids such as the Navier-Stokes (N-S) solver and the lattice Boltzmann method (LBM), to some extent, the lattice Boltzmann flux solver (LBFS) inherits their advantages and removes the limitations so that the accuracy and efficiency are both ensured. In this work, the immersed boundary-lattice Boltzmann flux solver (IB-LBFS) with implicit velocity correction is implemented to simulate vortex shedding around circular cylinders. Firstly, the simulation of flow past an isolated stationary cylinder is carried out as the validation of the IB-LBFS. After that, the phenomena of flow past two stationary cylinders in two kinds of arrangements are simulated with respective spacing ratios and Reynolds numbers. The instantaneous contours of vorticity are shown to illustrate the vortex shedding, and the hydrodynamic parameters such as the drag coefficient, the lift coefficient, and the Strouhal number are given. Through comparing with previous literatures, it can be seen that the IB-LBFS is reliable and has sufficient accuracy so that it can represent the details of the flow field, for example the beat phenomenon, in this simulation, which indicates its wide application for fluid-structure interaction problems in ocean engineering.



中文翻译:

使用浸入式边界晶格 Boltzmann 通量求解器模拟圆柱体周围的涡旋脱落

伴随着圆柱体涡旋脱落的水动力响应在海洋工程中起着举足轻重的作用,数值模拟是必不可少的有效途径。这类问题的计算域通常是大规模的,并且需要观察结构周围流场的细节,因为它们起着关键影响。与纳维-斯托克斯 (NS) 求解器和格子玻尔兹曼法 (LBM) 等流行的流体数值方法相比,格子玻尔兹曼通量求解器 (LBFS) 在一定程度上继承了它们的优点并消除了局限性,使得精度和既保证了效率。在这项工作中,实现了具有隐式速度校正的浸入式边界晶格 Boltzmann 通量求解器 (IB-LBFS) 来模拟圆柱体周围的涡旋脱落。首先,通过隔离的静止圆柱体的流动模拟作为 IB-LBFS 的验证进行。之后,分别用各自的间距比和雷诺数模拟了两种排列的两个静止圆柱体的流动现象。显示了涡度的瞬时等值线以说明涡旋脱落,并给出了阻力系数、升力系数和 Strouhal 数等流体动力学参数。通过与以往文献的对比,可以看出IB-LBFS是可靠的,并且具有足够的精度,可以在模拟中表现出流场的细节,例如拍动现象,这表明它在流体中的广泛应用- 海洋工程中的结构相互作用问题。通过隔离的静止圆柱体的流动模拟是作为 IB-LBFS 的验证进行的。之后,分别用各自的间距比和雷诺数模拟了两种排列的两个静止圆柱体的流动现象。显示了涡度的瞬时等值线以说明涡旋脱落,并给出了阻力系数、升力系数和 Strouhal 数等流体动力学参数。通过与以往文献的对比,可以看出IB-LBFS是可靠的,并且具有足够的精度,可以在模拟中表现出流场的细节,例如拍动现象,这表明它在流体中的广泛应用- 海洋工程中的结构相互作用问题。通过隔离的静止圆柱体的流动模拟是作为 IB-LBFS 的验证进行的。之后,分别用各自的间距比和雷诺数模拟了两种排列的两个静止圆柱体的流动现象。显示了涡度的瞬时等值线以说明涡旋脱落,并给出了阻力系数、升力系数和 Strouhal 数等流体动力学参数。通过与以往文献的对比可以看出,IB-LBFS是可靠的,具有足够的精度,可以在本次模拟中表现出流场的细节,例如搏动现象,表明其在流体中的广泛应用。 - 海洋工程中的结构相互作用问题。之后,分别用各自的间距比和雷诺数模拟了两种排列的两个静止圆柱体的流动现象。显示了涡度的瞬时等值线以说明涡旋脱落,并给出了阻力系数、升力系数和 Strouhal 数等流体动力学参数。通过与以往文献的对比,可以看出IB-LBFS是可靠的,并且具有足够的精度,可以在模拟中表现出流场的细节,例如拍动现象,这表明它在流体中的广泛应用- 海洋工程中的结构相互作用问题。之后,分别用各自的间距比和雷诺数模拟了两种排列的两个静止圆柱体的流动现象。显示了涡度的瞬时等值线以说明涡旋脱落,并给出了阻力系数、升力系数和 Strouhal 数等流体动力学参数。通过与以往文献的对比,可以看出IB-LBFS是可靠的,并且具有足够的精度,可以在模拟中表现出流场的细节,例如拍动现象,这表明它在流体中的广泛应用- 海洋工程中的结构相互作用问题。显示了涡度的瞬时等值线以说明涡旋脱落,并给出了阻力系数、升力系数和 Strouhal 数等流体动力学参数。通过与以往文献的对比,可以看出IB-LBFS是可靠的,并且具有足够的精度,可以在模拟中表现出流场的细节,例如拍动现象,这表明它在流体中的广泛应用- 海洋工程中的结构相互作用问题。显示了涡度的瞬时等值线以说明涡旋脱落,并给出了阻力系数、升力系数和 Strouhal 数等流体动力学参数。通过与以往文献的对比,可以看出IB-LBFS是可靠的,并且具有足够的精度,可以在模拟中表现出流场的细节,例如拍动现象,这表明它在流体中的广泛应用- 海洋工程中的结构相互作用问题。

更新日期:2021-07-05
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