晶格玻尔兹曼方法(LBM)在轴承流体膜润滑理论分析中的应用研究
  • 【摘要】

    近年来,晶格玻尔兹曼方法已经发展成为模拟流体动力学特性的传统数值方法的一个替代手段.区别于传统数值方法是基于对宏观连续方程的离散,晶格玻尔兹曼方法是基于微观模型和介观动力学方程.其基本理念是从微观粒子微团尺度出发,通过构建一个人为的简易动力学模型,来表征流体微观或者介观层面的运动特性,以此得到符合流体系统宏观方程的平均宏观变量.本文应用此方法来研究平板流和无限宽空气动压轴承这两种情况的润滑特性,并... 展开>>近年来,晶格玻尔兹曼方法已经发展成为模拟流体动力学特性的传统数值方法的一个替代手段.区别于传统数值方法是基于对宏观连续方程的离散,晶格玻尔兹曼方法是基于微观模型和介观动力学方程.其基本理念是从微观粒子微团尺度出发,通过构建一个人为的简易动力学模型,来表征流体微观或者介观层面的运动特性,以此得到符合流体系统宏观方程的平均宏观变量.本文应用此方法来研究平板流和无限宽空气动压轴承这两种情况的润滑特性,并和传统的雷诺方程和纳维-斯托克斯方程的解析解和数值解做了比较.综合全文,主要内容包括:1. 介绍了细胞自动机和格子气自动机,有助于全面理解晶格玻尔兹曼方法.研究了二维的晶格玻尔兹曼模型,并从介观的晶格玻尔兹曼方程导出了宏观的纳维-斯托克斯方程,在推导过程中得到了一些重要物理量的表达式,为进一步的数值模拟奠定了基础.2. 对格子算法的程序设计和单松弛模型中重要参数的算法实现做了推演,其中重点推导了几种边界条件的实现过程以及对应的算法实现.可以看出,晶格玻尔兹曼方法是通过在给定的条件下,对各个节点的分布函数进行不断的迭代计算,然后通过统计平均得到流体的宏观流动特性.因此,模型的选择和边界条件的设置就是决定计算精度的重要因素.3. 在理论推导和算法编译示例的基础上,对两种经典的过程-平板流和无限宽径向轴承的润滑特性做了模拟,并与传统的雷诺方程和纳维-斯托克斯方程的数值解做了比较,发现晶格玻尔兹曼方法的结果是令人满意的.本文是用简单问题来测试LBM处理薄膜润滑问题的能力,实际上LBM还可以用来处理类似的更为复杂的问题.同时可以看出LBM并不特别依赖时间步长参数的选取,以及网格划分的精细程度. 收起<<

  • 【作者】

    路野 

  • 【学科专业】

    工程力学

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    西安交通大学

  • 【导师姓名】

    虞烈%耿海鹏

  • 【学位年度】

    2012

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    晶格玻尔兹曼方法%无限宽径向轴承%薄膜润滑特性%算法编译