Convergence acceleration of flow simulations to their steady states at lower Mach numbers can be achieved via preconditioning the lattice Boltzmann (LB) schemes that alleviate the associated numerical stiffness, which have so far been constructed on square lattices. We present a new central moment LB method on rectangular lattice grids for efficient computations of inhomogeneous and anisotropic flows by solving the preconditioned Navier-Stokes (PNS) equations. Moment equilibria corrections are derived via a Chapman-Enskog analysis for eliminating the truncation errors due to grid-anisotropy arising from the use of the rectangular lattice and the non-Galilean invariant cubic velocity errors resulting from an aliasing effect on the standard D2Q9 lattice for consistently recovering the PNS equations. Such corrections depend on the diagonal components of the velocity gradients, which are locally obtained from the second order non-equilibrium moments and parameterized by an associated grid aspect ratio $r$ and a preconditioning parameter $\gamma$, and the speed of sound in the collision model is naturally adapted to $r$ via a physically consistent strategy. We develop our approach by using a robust non-orthogonal moment basis and the central moment equilibria are based on a matching principle, leading to simpler expressions for the corrections for using the rectangular grids and for representing the viscosities as functions of the relaxation parameters, $r$ and $\gamma$, and its implementation is modular allowing a ready extension of the existing LB schemes based on the square lattice. Numerical simulations of inhomogeneous and anisotropic shear-driven bounded flows using the preconditioned rectangular central moment LB method demonstrate the accuracy and significant reductions in the numbers of steps to reach the steady states for various sets of characteristic parameters.


翻译:以低马赫数字向稳定状态进行流动模拟, 以稳定状态为最低马赫数字, 可以通过启动拉蒂斯· 博尔茨曼( LB) 方案( lattice Boltzmann (LB) ) 来实现调速加速 。 我们展示了一个新的中央时点 方法 : 矩形拉特斯格( 矩形拉特), 以高效计算不相容和不相容的等离心方程式 。 运动平衡的校正参数可以通过 查普曼- Enskog (LB) 方案( lattice Boltzmann (LB) 方案) 来降低相关的电流差差差差差错误, 因为使用矩形拉特和非伽利略异异立方格( Lalilean) 速度错误, 在标准 D2QQQ9 阵列中, 这样的校正数校正值校正值校正值校正值校正, 正在显示, 以正正数的立方位法( ) 和正正立方位法( ) ) 以直立地平地平基法 以直立方法 直立方平基的直立方法 和直立方法 以直立方位法 直立方法 直立方法 。

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