时间步长对格子玻尔兹曼法模拟室内气流精度的影响

来源：同济大学学报·自然科学版杂志2022年第6期北京时间：

作者：韩梦涛

单位：华中科技大学 建筑与城市规划学院，湖北 武汉 430074

摘要：基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟（LBM-LES）是湍流模拟的新方法，但不恰当的时间步长δt可能会影响其计算精度。首先理论总结了δt可能对LBM-LES湍流模拟造成的影响，阐明过大的δt会导致速度场产生压缩性误差，而过小的δt会导致超松弛碰撞产生速度场的数值振荡。其次，通过对等温室内气流案例进行LBM-LES模拟，定量讨论了δt引起的压缩性误差和数值振荡问题。结果表明，δt较大时流场密度变化剧烈，且格子玻尔兹曼单位的马赫数（M）超过0.3的区域中速度场产生了明显的压缩性误差。同时，过小的δt导致平均及脉动风速均产生了数值振荡，这在网格分辨率较高时尤为明显。建议模拟时在确保δt足够小以满足最大风速区域的M<0.3的基础上，尽量增大δt以防止产生数值振荡。

关键词：风环境,格子玻尔兹曼法,时间步长,压缩性误差,超松弛碰撞,大涡模拟

基金资助：中央高校基本科研业务费专项资金（2021XXJS053）