Aplicación del método de Lattice Boltzmann a la simulación de obstrucciones complejas fácilmente penetrables

Abstract

Se presenta la aplicación del Método de Lattice Boltzmann (LBM) a la simulación de flujos a través de obstrucciones complejas fácilmente penetrables. En particular nos interesa la simulación de flujos laminares estacionarios así como de flujos que presentan oscilaciones periódicas generadas por inestabilidades del flujo laminar. Para la simulación del flujo a través del medio poroso se utilizó un esquema originalmente desarrollado para bordes inmersos en el dominio de cálculo (IB - Immersed Boundary). Para validar los resultados numéricos se contrastaron con mediciones experimentales realizadas con anemometría térmica en un canal de aire y con los resultados de un análisis de estabilidad lineal. Los resultados de las simulaciones en condiciones de flujo estacionario, es decir a bajos números de Reynolds, muestran buena coincidencia con los resultados experimentales. Se pudo observar que el cambio a un modo de flujo con oscilaciones ocurre a un número de Reynolds por encima del valor crítico obtenido del análisis de estabilidad lineal. Finalmente se compararon los campos de las fluctuaciones de velocidad con el modo más inestable obtenido del análisis de estabilidad lineal, pudiendo observar un excelente acuerdo entre ambos.

An application of the Lattice Boltzmann Method (LBM) to the simulation of flows through easily penetrable complex obstructions is presented. In particular we are interested in the simulation of stationary laminar flows and flows having periodic oscillations generated by laminar-flow instabilities. For simulating the flow through the porous medium we used a scheme originally developed for immersed boundaries in the calculation domain (IB – Immersed Boundary). To validate the numerical results they were compared with experimental measurements performed by means of thermal anemometry in an air channel, and with the results of a linear stability analysis. The results of the simulations in steady flow conditions, i.e. at low Reynolds numbers, show good agreement with the experimental results. It was observed that the mode transition to oscillating flow occurs at a Reynolds number above the critical value obtained from the linear stability analysis. Finally we compared the fields of velocity fluctuations with the most unstable mode obtained from the linear stability analysis, finding an excellent agreement.