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1、中国石油大学近代物理实验实验报告成绩班级：物理1302姓名：乔朝蓬同组者：谢聪教师：王玉斗二维流体流动的格子波尔兹曼模拟实验目的】 了解格子波尔兹曼方法的基本思想，几种常用格子划分和边界条件处理方法。实验原理】1、格子波尔兹曼方法把系统划分为网格，时间也划分为离散的步，分析每个节点的分子相互碰撞及迁移 的情况。2、离散速度模型以 D2Q9 模型为例研究实验内容】 分别取雷诺数为 400、1000、2000、4000，分析雷诺数对流体运动的影响数据记录及处理】、不同雷诺数对流体最终状态的影响图一 Re=400 后期的流体速度 u、v 分布图a QU 黑CB商恥050+诡也61ESCI3 1- -
2、 - - is d- z o.o.d图二Re=1000后期的流体速度u、v分布图图三Re=2000后期的流体速度u、v分布图图四Re=4000后期的流体速度u、v分布图结论一：由上面图一至图四可直观得出，在顶盖驱动流中，其他参数不变的情况下，雷诺数 的改变不会引起流体稳定后状态的改变，即不同雷诺数下，流体稳定后的状态一样。、以Re=400为例分析流体的稳定过程图五 Re=400 初期各点速度矢量分布图图六 Re=400 中期各点速度矢量分布图结论二：顶该驱动流中，方腔上边界流体的流动带动相邻下层流体的流动，形成层流，中期 形成一个大的漩涡在方腔右上角（流体速度方向向右），带方腔内流体稳定后，中
3、央出现一 个一个大涡。三、流体在不同雷诺数下稳定后漩涡分布分析图八 Re=400 流体稳定后各点速度分布矢量图图九 Re=1000 流体稳定后各点速度分布矢量图图十 Re=2000 流体稳定后各点速度分布矢量图图十一 Re=5000 流体稳定后各点速度分布矢量图结论三：不同雷诺数下，流体稳定后，方腔中央一个一级大涡出现，左下角和右下角的流体 几乎没有速度，左上角有一个涡。四、不同雷诺数对流体稳定时间的影响雷诺数Re=400时，运行时间t=2850s雷诺数Re=1000时，运行时间t=2750s雷诺数Re=2000时，运行时间t=2520s雷诺数Re=5000时，运行时间t=2694s结论四：就
4、实验的四个雷诺值而言，当Re=2000时，流体稳定所需时间越短，在此值左右的 雷诺数下，稳定所需时间都长，即存在一个临界值，使流体稳定所用时间最短。【思考题】1、雷诺数表征流体的什么性质？一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。Re=p vd/p，其中v、p、p分别为流体的 流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道的当量 直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所 受到的阻力。2、网格与计算速度和收敛速度的关系如何？ 当然成正比关系。网格数太少会导致图形不明显，难以分析得出正确的结论，网格数太 多则会造成计算的浪费和程序运行时间的延长。【实验总结】这个实验的预习和操作用去了三个下午、 10 个小时左右的时间，仍然只做了第一个实验内 容，机器运行时间太长，建议修改一下程序。有个疑问：这个实验其实不需要操作吧，完全可以把运行好的图像直接给学生，让学生直接分析图就行 嘛，不一定非得亲自往程序里输那几个数，然后就开始长达数个小时的等待。
二维流体流动的格子波尔兹曼模拟
