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坡面流格子Boltzmann方法与Preissmann隐式差分法模拟
  • ISSN号:1000-1298
  • 期刊名称:《农业机械学报》
  • 时间:0
  • 分类:P642.11[天文地球—工程地质学;天文地球—地质矿产勘探;天文地球—地质学] TV122[水利工程—水文学及水资源]
  • 作者机构:[1]南京信息工程大学水文气象学院,南京210044, [2]中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京100044, [3]江苏科技大学船舶与海洋工程学院,镇江212003, [4]山东省水利工程管理局,济南250013
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(41301037); 江苏省高校自然科学基础研究资助项目(11KJB170008); 水利部公益性行业专项资助项目(201301040)
中文摘要:

以D1Q5速度模型为例,时间多尺度分析为手段通过待定系数法来确定平衡态分布函数,将格子Boltzmann方法应用于坡面流运动方程;通过理想算例,以解析解为标准,比较了格子Boltzmann方法与应用广泛的Preissmann4点隐式差分法的计算精度。研究表明,对于模拟坡脚断面水深和单宽流量过程,格子Boltzmann方法的D1Q5模型的计算精度高于Preissmann 4点隐式差分法,尤其在退水阶段。对于达到平衡时间之前的坡面水深和坡面单宽流量,格子Boltzmann方法的D1Q5模型的计算精度也高于Preissmann 4点隐式差分法。但对于达到平衡时间之后的坡面水深和坡面单宽流量,格子Boltzmann方法的D1Q5模型在x=1 m点上出现了较大的相对误差,计算精度逊于Preissmann 4点隐式差分法。将格子Boltzmann方法应用于坡面流运动时,弛豫时间选择范围以[1,1.2]s为宜。

英文摘要:

Lattice Boltzmann method is applied extensively in the field of fluid motion for concise programming,parallel computing,and dealing with complex geometrical boundary easily and so on.As the main force of soil water erosion process,accurate simulation of the process of overland flow has important significance for analyzing the mechanism of slope erosion and building the physical process of soil erosion model.However,there is less research on the application of the lattice Boltzmann method to overland flow at present.In this paper,lattice Boltzmann method with D1Q5 velocity model is applied in motion equation of overland flow,in which,only time is considered in the process of multiple scales,and undetermined coefficient method is adopted to determine the equilibrium distribution function by means of multi-scale analysis.And then using analytical solution as a standard,lattice Boltzmann method and Preissmann four-point implicit scheme method are compared through ideal numerical example.The results indicate that the calculation precision of lattice Boltzmann method using D1Q5 velocity model is higher than that of Preissmann four-point implicit scheme method in simulating the variations of water depth and discharge per unit width at the bottom of slope,especially in the stage of recession flow,and in describing the distribution of water depth and discharge per unit width along the slope length before equilibrium time.But after equilibrium time,the calculation precision of lattice Boltzmann method using D1Q5 velocity model is lower in calculating the distribution of water depth and discharge per unit width along the slope length because at the point of x = 1 m,a large relative error occurs.The relaxation time is recommended to be taken in [1,1.2]s when lattice Boltzmann method is applied to solve the motion equation of overland flow.

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期刊信息
  • 《农业机械学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院
  • 主编:任露泉
  • 地址:北京德胜门外北沙滩一号6号信箱
  • 邮编:100083
  • 邮箱:njxb@caams.org.cn
  • 电话:010-64882610 64867367
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-1298
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1964/S
  • 邮发代号:2-363
  • 获奖情况:
  • 荣获中国科协优秀期刊二等奖,1997~2000年连续4年获中国科协择优资金,被列入中国期刊方阵,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:42884