تركيب روش سيال روح- شبكه بولتزمن با روش شارژ مجدد براي شبيه سازي مرزهاي منحني متحرك با انتقال حرارت

Combination of ghost fluid-lattice Boltzmann and refilling methods for simulation of the moving curved boundaries with heat transfer

در اين مقاله، براي اعمال مرزهاي منحني حرارتي متحرك، براي اولين بار روش سيال روح- شبكه بولتزمن براي شبيه سازي مرزهاي منحني، با يك روش شارژ مجدد بر مبناي برونيابي، تلفيق شده است. در مرزهاي متحرك در هر تكرار تعدادي از گره هاي دامنه جامد به دامنه سيال گام مي گذارند كه براي تخمين توابع توزيع مجهول انرژي و چگالي در چنين گره هايي از روش شارژ مجدد استفاده مي شود. براي بررسي صحت روش ارائه شده، چندين مسأله شبيه سازي شده است. از جمله اين مسئله ها، مسئله جابجايي طبيعي بين دو سيلندر هم مركز و غيرهم مركز و همچنين انتقال حرارت از سيلندر درون جريان آزاد است كه جهت اعتبار سنجي روش سيال روح- شبكه بولتزمن با زمان آسودگي چند گانه در شبيه سازي مرزهاي منحني هيدروديناميكي و حرارتي استفاده شده است. همچنين براي بررسي صحت روش شارژ مجدد به كار گرفته شده در اين مقاله، مسئله ته نشيني يك ذره سرد هم دما در يك كانال عمودي شده است. نتايج نشان دهنده توانايي روش سيال روح همراه با روش شارژ مجدد در روش شبكه بولتزمن براي شبيه سازي مرزهاي متحرك حرارتي با دقت بالا است.

In this article, the ghost fluid-lattice Boltzmann method, used to simulate the curved boundaries is combined with an extrapolation based refilling method to cope with the moving curved boundaries, where in each iteration some of the solid nodes step into the fluid domain. The refilling method is used to approximate the unknown density and internal energy distribution functions of such solid nodes. To examine the accuracy of the presented method, several case studies are considered. From those case studies, natural convection problem between to concentric and eccentric cylinders as well as heat transfer from a cylinder in a cross flow are considered to validate the ghost-fluid lattice Boltzmann method used to simulate the hydrodynamic and thermal conditions at the curved boundaries. To test the accuracy of the employed refilling method, sedimentation of a single isothermal cold particle in a vertical channel investigated. The results show that the presented ghost fluid-lattice Boltzmann method with refilling is capable of simulating the moving thermal curved boundaries with excellent accuracy.