MATLAB实现的D2Q9模型圆柱扰流LBM模拟系统

资 源 简 介

本项目采用MATLAB开发，基于格子Boltzmann方法D2Q9模型进行二维圆柱扰流数值模拟。系统能够复现圆柱绕流的涡旋动力学过程，支持参数化设置，适用于计算流体力学研究与教学演示。

详 情 说 明

基于D2Q9模型的圆柱扰流LBM数值模拟与分析系统

项目介绍

本项目实现了基于格子Boltzmann方法（LBM）D2Q9模型的二维圆柱扰流数值模拟系统。系统通过离散速度模型精确模拟流体绕圆柱流动的动力学过程，能够准确捕捉圆柱周围的涡旋形成、发展和脱落现象。支持参数化设置研究不同雷诺数条件下的流场特性，并提供全面的流场可视化分析功能。

功能特性

• D2Q9 LBM核心算法：采用标准的D2Q9离散速度模型进行流体动力学模拟
• 多种边界条件处理：包含反弹边界条件（用于圆柱表面）、周期性边界条件等
• 多参数可配置：支持计算域、圆柱几何、流体参数、流动条件的灵活设置
• 全方位结果输出：提供速度场、压力场、涡量场等多种物理量输出
• 丰富可视化功能：包含流线图、涡量等值线、动态演变动画等可视化效果
• 工程分析指标：计算升阻力系数、斯特劳哈尔数等关键工程参数

使用方法

参数设置

在运行模拟前，需要配置以下参数：

• 计算域参数：网格尺寸（Nx×Ny）、空间步长dx
• 圆柱几何参数：圆柱直径D、圆柱中心位置坐标
• 流体参数：流体密度ρ、运动粘度ν
• 流动条件：入口流速U、雷诺数Re
• 计算参数：时间步长dt、总模拟步数、松弛时间τ

运行模拟

执行主程序启动数值模拟，系统将自动完成流场计算和结果输出。

结果分析

模拟完成后可查看：

• 速度场、压力场、涡量场数据文件
• 流线可视化图和动态演变动画
• 升阻力系数曲线和斯特劳哈尔数计算结果

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：8GB以上（根据网格规模可调整）
• 磁盘空间：1GB以上可用空间（用于存储结果数据）

文件说明

主程序文件集成了系统的核心功能，包括流场初始化、D2Q9模型演化计算、边界条件处理、物理场数据提取以及可视化输出。具体实现了计算域和圆柱几何的建立、LBM碰撞与迁移过程的迭代执行、速度与压力场的实时更新、涡量场的计算分析，并生成流线图、动态动画等多种可视化结果，同时计算升阻力系数和斯特劳哈尔数等关键工程参数。