MATLAB实现的二维D2Q9格子玻尔兹曼圆柱绕流模拟系统

资 源 简 介

本项目基于Lattice Boltzmann Method（LBM），采用D2Q9模型实现了二维不可压缩流体在圆柱周围的绕流模拟。系统支持计算并可视化速度场、压力场、涡量场，分析表面压力与阻力系数，并可调节雷诺数以研究不同流动状态。

详 情 说 明

基于Lattice Boltzmann Method的二维D2Q9圆柱绕流模拟系统

项目介绍

本项目采用格子玻尔兹曼方法（LBM）中的D2Q9离散速度模型，实现了一个用于模拟二维不可压缩流体圆柱绕流现象的计算系统。该系统能够准确模拟流体在圆柱周围的流动特性，并提供流场速度、压力、涡量等物理量的可视化分析，同时支持对圆柱表面压力分布和阻力系数的量化计算。

功能特性

• 核心求解器: 实现基于D2Q9模型的LBM算法，模拟不可压缩流体的演化过程。
• 边界条件处理: 采用反弹格式精确处理圆柱曲面边界，设置进口速度边界和出口压力边界。
• 多场量输出: 计算并输出全场的速度矢量分布、无量纲压力场、涡量场。
• 流动可视化: 生成流线图、云图、等值线等多种可视化结果，直观展示流场结构。
• 参数分析: 计算圆柱的阻力系数与升力系数，并分析其随时间的变化。
• 多工况对比: 支持通过改变雷诺数等参数，对比分析不同流动状态（如稳态层流、涡街脱落等）。

使用方法

1. 参数配置: 在运行主程序前，根据模拟需求设置计算域尺寸、圆柱几何参数、流体物性（密度、粘度、雷诺数）、边界条件以及迭代步数等参数。
2. 执行计算: 运行主程序，系统将自动进行迭代计算，并监测流场的收敛情况。
3. 结果获取: 计算完成后，程序将输出速度场、压力场等数据文件，并自动生成相应的可视化图像，如流场云图和流线图。
4. 数据分析: 用户可进一步利用输出的性能参数文件，分析阻力系数等工程相关量。

系统要求

• 操作系统: Windows / Linux / macOS
• 软件环境: MATLAB R2018a 或更高版本
• 硬件建议: 推荐4GB以上内存，对于大规模网格计算，需要更高内存配置。

文件说明

主程序文件封装了项目全部的核心功能，主要包括：初始化计算域与流体参数，执行格子玻尔兹曼方法的核心碰撞与迁移步骤，处理包括圆柱边界在内的各种复杂边界条件，监测量纲为一的残差以判断计算收敛性，计算涡量、压力等派生场物理量，实现数据结果的图像化输出，并量化分析圆柱所受的流体作用力系数。