Keywords
computational mechanics
Reynolds number
flat channel with an obstacle
approximation order
similarity criteria
turbulent flow
How to Cite
Abstract
we studied 2D fluid flow around a flat plate using computational fluid dynamics based on lattice methods. We analyzed dimensionless time characteristics of transient processes during the transition from laminar to turbulent flow. We determined the relationships between key physical parameters, flow velocity, and the Reynolds number. The study examines the formation and stabilization of vortex structures when the flow reaches critical hydrodynamic conditions as it passes an obstacle in a channel.
References
Галкин В. А. Анализ математических моделей: системы законов сохранения, уравнения Больцмана и Смолуховского. М.: Бином. Лаб. знаний; 2009. 408 с.
Peng Y., Schaefer L. Equations of State in a Lattice Boltzmann Method. Physics of Fluids. 2006;18(4):042101-01–042101-11. DOI: 10.1063/1.2187070.
Inamuro T. Lattice Boltzmann Method for Viscous Fluid Flows and for Two-Phase Fluid Flows. Fluid Dynamics Research. 2006;38(9):3–17. DOI: 10.1007/978-3-642-01273-0_1.
Kupershtokh A. L., Medvedev D. A., Karpov D. I. On Equations of State in a Lattice Boltzmann Method. Computers and Mathematics with Applications. 2009;58(5):965–974. DOI: 10.1016/j.camwa.2009.02.024.
Semenov O. Yu., Dyomko A. I. Liquid and Gas Optical Flowmeter Model Development. AIP Conf. Proc. 2019;2141:050010-1–050010-10. DOI: 10.1063/1.5122153.
Huang H.-B., Lu X.-Y., Sukop M. C. Numerical Study of Lattice Boltzmann Methods for a ConvectionDiffusion Equation Coupled with Navier–Stokes Equations. Journal of Physics A. 2011;44(5):055001-1–055001-18. DOI: 10.1088/1751-8113/44/5/055001.
Галкин А. В. Математическое моделирование столкновений частиц, приводящих к решениям уравнений Больцмана и Смолуховского: автореферат дис. ... канд. физ.-мат. наук. Москва, 2009. 19 с.
Горбунов Д. В., Гавриленко А. В., Горбунова М. Н., Семенов О. Ю. Визуальный корреляционный анализ периодических и непериодических функций на основе рекуррентного анализа. Успехи кибернетики. 2023;4(4):54–61. DOI: 10.51790/2712-9942-2023-4-4-05.
Shan X. Multicomponent Lattice Boltzmann Model from Continuum Kinetic Theory. Physical Review E. 2010;81(4):045701.1–045701.4. DOI: 10.1103/PhysRevE.81.045701.
Tiribocchi A., Stella N., Gonella G., Lamura A. Hybrid Lattice Boltzmann Model for Binary Fluid Mixtures. Physical Review E. 2009;80(2):026701-1–026701-7. DOI: 10.1103/PhysRevE.80.026701.
Смирнов Е. М., Зайцев Д. К. Метод конечных объемов в приложении к задачам гидрогазодинамики и теплообмена в областях сложной геометрии. Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2004;2:70–81. Режим доступа: https://engtechspbstu.ru/userfiles/files/volume/N2_36_2004.pdf.
Chen S., Tolke J., Krafczyk M. Numerical Simulation of Fluid Flow and Heat Transfer inside a Rotating Disk-Cylinder Configuration by a Lattice Boltzmann Model. Physical Review E. 2009;80(1):016702. DOI: 10.1103/PhysRevE.80.016702.
Chiavazzo E., Karlin I. V., Gorban A. N., Boulouchos K. Combustion Simulation Via Lattice Boltzmann and Reduced Chemical Kinetics. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment. 2009;2009(6):P06013. DOI: 10.1088/1742-5468/2009/06/P06013.
Obrecht C., Kuznik F., Tourancheau B., Roux J.-J. Multi-GPU Implementation of the Lattice Boltzmann Method. Computers & Mathematics with Applications. 2013;65(2):252–261. DOI: 10.1016/j.camwa.2011.02.020.
Schonherr M., Kucher K., Geier M., Stiebler M., Freudiger S., Krafczyk M. Multi-Thread Implementation of the Lattice Boltzmann Method on Non-Uniform Grids for Cpus and Gpus. Computers and Mathematics with Applications. 2011;61(12):3730–3743. DOI: 10.1016/j.camwa.2011.04.012.
Семенов О. Ю., Гавриленко Т. В. Диагностика структуры плазмы методом фокусировки изображения. Успехи кибернетики. 2023;4(2):18–23. DOI: 10.51790/2712-9942-2023-4-2-03.
Галкин А. В. Математическое моделирование газа, образующего конденсированную структуру. Математическое моделирование. 2009;21(2):103–117.
Hazi G., Markus A. Modeling Heat Transfer in Supercritical Fluid Using the Lattice Boltzmann Method. Physical Review E. 2007;77(2):1–10. DOI: 10.1103/PhysRevE.77.026305.
Titarev V. A. Rarefied Gas Flow in a Planar Channel Caused by Arbitrary Pressure and Temperature Drops. Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2012;55(21–22):5916–5930. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.05.088.
Семенов О. Ю. Исследование гидродинамики пламени в плоском канале с неподвижным поршнем. Вестник кибернетики. 2019;1:7–14. Режим доступа: https://www.vestcyber.ru/jour/article/view/256/137.
Ataei M., Shaayegan V., Costa F., Han S., Park C. B., Bussmann M. LBfoam: an Open-Source Software Package for the Simulation of Foaming Using the Lattice Boltzmann Method. Computer Physics Communications. 2021;259:107698. DOI: 10.1016/j. cpc.2020.107698.
Ji G., Zhu J. Computational Fluid Dynamics Simulations. 2020. DOI: 10.5772/intechopen.83278.
Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: учеб. пос. В 10 т. Т. 10. Физическая кинетика. М.: ФИЗМАТЛИТ; 2002. 536 с.
Sukop M. C., Thorne D. T. Lattice Boltzmann Modeling. An Introduction for Geoscientists and Engineers. 2006. DOI: 10.1007/978-3-540-27982-2.
Fluid Dynamics Simulation. Available at: https://physics.weber.edu/schroeder/fluids/.