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觀boussinesq approximation 有感

2023-07-16 20:21 作者:孤魂星  | 我要投稿

我的記載主要是害怕我后面忘記了,到處留。主要看的有:

計算流體力學的高級導論、comsol 上面寫的boussinesq approximation?釋義、計算傳熱學大叔的視頻,由此得到的。

首先,有個人,叫做boussinesq? ?這人喋了倆活:

第一個:boussinesq hypothesis (塞進翻譯里面,叫做布氏假說,假設)

別人干的是:將N-S方程使用雷諾平均湍流思想,生成的動量方程中有個類似于表面力%5Coverline%7B%5Ctau%7D的貨,將這個貨帶了個R,(高級導論上面說的是不可壓縮形式的RANS方程,但是我看可壓不可壓都能使用這個湍流思想及方程),然后RANS方程中的動量方程中的這個湍流項,先人們給起名叫雷諾剪切應力(我覺得是因為使用雷諾平均思想對表面力,所以直接這么叫)

%5Cvec%7B%5Ctau%7D%5E%7BR%7D%20%3D%20-%5Crho%20%5Coverline%7B%5Cvec%7Bu%7D%5E%7B'%7D%5Cvec%7Bu%7D%5E%7B'%7D%7D%20%3D%20%0A%5Cmu_%7Bt%7D%20%5Cleft%20%5B%20%7B%5Cnabla%20%5Cvec%7Bu%7D%7D%2B%20(%5Cnabla%20%5Cvec%7Bu%7D)%5E%7BT%7D%20%5Cright%5D-%20%5Cfrac%7B2%7D%7B3%7D%20%5Cleft%5B%20%5Crho%20k%20%20%2B%20%5Cmu_%7Bt%7D%20(%20%5Cnabla%20%5Ccdot%20%5Cvec%7Bu%7D%20)%20%5Cright%5D%20%5Cvec%7BI%7D

然后就輪到boussinesq 出場了。這個人,他認為這個雷諾剪切應力的第二粘度相,也就是從三分之二尻子后面開始,和湍動能相關,這不就簡化了后面這一湖灘。

也可能他進行了詳細的推導,也可能他進行了細致的實驗。剛好:

%5Cvec%7B%5Ctau%7D%5E%7BR%7D%20%3D%20-%5Crho%20%5Coverline%7B%5Cvec%7Bu%7D%5E%7B'%7D%5Cvec%7Bu%7D%5E%7B'%7D%7D%20%3D%20%0A%5Cmu_%7Bt%7D%20%5Cleft%20%5B%20%7B%5Cnabla%20%5Cvec%7Bu%7D%7D%2B%20(%5Cnabla%20%5Cvec%7Bu%7D)%5E%7BT%7D%20%5Cright%5D-%20%5Cfrac%7B2%7D%7B3%7D%20%5Crho%20k%20%5Cvec%7BI%7D

這就是雷諾剪切應力的轉化,高級導論上面說,這貨只能適用于不可壓縮,我么計算過可壓縮現(xiàn)在,所以現(xiàn)在還不知能不能計算,感覺也能計算可壓縮,因為到這一步密度還沒有跑路。

高級導論里面貼的文獻,沒看。

14. Boussinesq J (1877) Essai sur la théorie des eaux courantes. Mémoires présentés par divers
savants
à lAcadémie des Sciences 23(1):1680
15. Schlichting H (1968)
Boundary-layer theory, 6th edn. Chapter XIX. McGraw Hill
16. Schmitt FG (2007) About Boussinesq
s turbulent viscosity hypothesis: historical remarks and a direct evaluation of its validity. Comptes Rendus Mécanique 335(9 and 10):617627

這么看這人1877年就搞了個這,這個時候35歲。

第二個:boussinesq approximation(塞進翻譯里面,叫做布氏近似)

還是先說別人干的,承上啟下么。在工程現(xiàn)象中有這么一類現(xiàn)象,流體可壓縮,但是只壓縮一點點(密度的變化是小于1%),流體溫度變化,但是只變一點點,且流體的溫度一點點變化剛好對應到密度變化的一點點,且它倆的相對變化就蠅子勾那么大(你能肉眼看見蠅子勾不,你能看見你是大哥,下次上街看美女必帶上你當眼鏡兒)。

這個時候需要使用N-S方程去計算流體這個溫度變化引起密度變化的過程,或者我們要通過這個過程計算其他。1827年納維提出了不可壓縮的流體方程,泊松在1831年提出可壓縮流體的運動方程。 圣維南與斯托克斯在1845年獨立提出粘性系數(shù)為一常數(shù)的形式,都稱為Navier-Stokes方程,簡稱N-S方程。1897年這個時候,混轱轆的N-S方程才建立了52年。距離第一代計算機生出來還有49年(1946年2月14日第一臺計算機問世),咋搞,想出來東西沒工具能算,現(xiàn)有的工具轉不動。對,就是轉不動。

boussinesq 又來了??山o狗日滴簡化么,人都是這么干,設計的時候我要造世界上最好看最高最大的皇宮,實際搞得時候,是個母豬窯窯。簡化,既然密度相對變化小,那就咱直接將這個變量在某些項看成常量,剩下個體積力項中看成變量(為什么就非得在體積力這里不看成常量我現(xiàn)在還不明白),將溫度引起密度這個點要關注:溫度一點點的變化引起密度一點點的變化,老規(guī)矩,搞系數(shù),給溫度變化參考值:

%5Crho%20%3D%20%5Crho_%7B%5Cinfty%7D%5B1-%20%5Cbeta(T%20-%20T_%7B%5Cinfty%7D%20)%20%5D

這個溫度變化的系數(shù)為熱膨脹系數(shù):%5Cbeta%20%3D%20-%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Crho%7D%5Cleft(%20%5Cfrac%7B%20%5Cpartial%20%5Crho%20%7D%7B%20%5Cpartial%20T%20%7D%20%5Cright)_%7Bp%7D

同樣,這個動量方程的密度項看成了常量,那么連續(xù)性方程中的密度項也能看成常量。進行約去,連續(xù)性方程就會化簡為速度的散度為0。能量方程要是寫成以溫度T和密度為變量的主要形式,那就可以直接約去密度,只剩下溫度,而動量方程中有溫度,所以可以先計算動量方程和連續(xù)性方程的耦合,最后在計算能量方程,這就是不可壓縮SIMPLE算法么。


現(xiàn)在將這個公式的具體使用地方及特性再說一遍:由于溫度的小幅度變化(可能也就幾k的樣子),引起流體密度的變化小于1%,然后就可以將可壓縮N-S方程中動量方程的出去體積力項的部分密度看成常量,在體積力項部分看成和溫度有關的變量%5Crho%20%3D%20%5Crho_%7B%5Cinfty%7D%5B1-%20%5Cbeta(T%20-%20T_%7B%5Cinfty%7D%20)%20%5D。這樣子既能體現(xiàn)溫度微小變化引起的密度變化,還能盡可能的簡化了計算公式(少了一個溫密度變量)。在使用這個公式的時候,其關鍵意思就是使用不可壓縮的值拐彎的代替了可壓縮的值,所以fluent中使用這貨計算的時候是不會有流體密度的變化的,一直都是你輸進去的參考密度。并且,少了一個變量,這不就是降低了方程計算過程中的難度及計算資源的消耗了。comsol 還說這個能加快收斂,我不明白,意思是同等狀況下,少了個變量,那就收斂速度快了?? 我不能理解。


這是高級導論中給出的參考文獻,沒看。

11. Boussinesq J (1897) Theorie de lecoulement tourbillonnant et tumulueux des liquides and les lits rectilignes a grande section. Gauthier-Villars et Fils, Des Comptes Rendus des Seances de Lacademie des Sciences, Paris

這么看這人1897年就搞出來這個,這個時候55。


1842年3月13日生于法國?赫羅?圣安德雷·德·桑戈尼斯(這里不知道反過來寫著對勁不),1929年二月19號死在法國巴黎。

這是bpussinesq的簡介。Joseph Boussinesq (1842 - 1929) - Biography - MacTutor History of Mathematics (st-andrews.ac.uk)





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