CN116341411A - 基于lbm-les的圆柱系统涡激振动能量获取方法 - Google Patents

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CN116341411A CN202310292662.XA CN202310292662A CN116341411A CN 116341411 A CN116341411 A CN 116341411A CN 202310292662 A CN202310292662 A CN 202310292662A CN 116341411 A CN116341411 A CN 116341411A
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刘闯
杨松
张蕾蕾
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Abstract

本发明提供基于LBM‑LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，涉及激振能量获取技术领域。该基于LBM‑LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，包括以下执行步骤，S1：采用格子玻尔兹曼方法结合大涡模拟对两种不同布置方式下的圆柱系统进行数值模拟；S2：选定计算域尺寸为4m×2m×1m，圆柱的直径D＝0.08m，入口的来流速度U＝0.59m/s，流体的粘度μ＝0.001pa·s，流体的密度ρ＝1000kg·m3，雷诺数Re＝47000，并采用涡激振动物理实验相同的条件进行数值模拟单圆柱涡激振动。通过运用LBM‑LES方法对三维并列圆柱系统以及错列圆柱系统在不同间距比下的涡激振动进行模拟，对得到的振幅响应、俘获能量以及能量密度进行分析，所得结论可为海流能利用从涡激振动中获取能量提供一定的理论参考。

Description

基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法
技术领域
本发明涉及激振能量获取技术领域，具体为基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法。
背景技术
清洁可再生能源的高效利用已经迫在眉睫，涡激振动是一种复杂的流固耦合现象，钝体结构在水流作用下会在其两侧产生周期性交替脱落的漩涡，从而在钝体表面形成周期性的可变力诱发结构振动，一定条件下涡激振动甚至会使结构物严重破坏，在实际工程中往往通过抑制涡激振动的方法避免结构物损坏，但当涡激振动振幅较大时，也可通过涡激振动从水流中俘获能量，研究通过涡激振动从水流中获取能量对可再生能源如海流能的利用具有重要意义。
实际工程中发生涡激振动大多为多柱结构，因此许多学者对多柱结构的涡激振动进行了大量研究，通过对多柱结构的涡激振动进行数值模拟，结果表明多柱结构的涡激振动振幅响应比单柱的复杂，质量比和间距比对涡激振动有较大影响，而目前通过涡激振动从水流中获取能量的研究较少，还处于理论和实验的环节，Bernitsas教授团队建造了第一台能量转换器VIVACE(Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy)，该能量转换器通过增强圆柱的涡激振动并将产生的横向位移运用齿轮带动发电机从而使动能转化为可存储的电能，因实验条件的限制，该转换器目前只能对单个弹性支撑的刚性圆柱进行涡激振动的能量转换，而许多学者对于从单圆柱的涡激振动中获取能量进行了较多的物理实验以及数值模拟研究，都取得了一些具有参考价值的成果，但是想通过涡激振动从水流中获取大量的能量仅仅用单个圆柱的涡激振动无法对海流能以及河流能进行较好的利用，因此为了能够较好地利用海流能以及河流能，能量转换器应该增加大量刚性连接的圆柱，形成位置相对不变的圆柱系统，但由于条件的限制，通过圆柱系统的涡激振动从水流中获取能量的物理实验开展较为困难，目前仅能运用数值模拟的方法对此展开研究，罗竹梅等通过流固双向耦合数值方法对不同布置方式的刚性连接圆柱系统进行涡激振动模拟，结果表明若要从水流中获取到更多的水动能，多圆柱系统其布置方式采用交错布置优于矩形布置。
格子玻尔兹曼方法(LBM)是近十几年以来国际上发展起来的一种流体系统建模和模拟新方法，该方法是介于流体的微观分子动力学模型和宏观连续模型之间的介观模型，兼具二者的优点且克服了早期的格子气自动机的一些不足，具有许多常规方法无法比拟的独特优势，刘闯等运用LBM-LES模拟三维单圆柱和串联多圆柱绕流在不同间距比下的尾涡流场，得到其升阻力特性及绕流尾迹具有不稳定性，Filip
Figure SMS_1
运用LBM模拟了不可压缩定常和非定常低雷诺数的圆柱绕流，模拟结果与物理实验比较发现基本一致，说明该方法用来研究圆柱绕流问题是可行的。
近年来运用LBM法对三维圆柱系统涡激振动时俘获水流中能量的研究还较为鲜见，该研究将在LBM结合LES基础上对两种不同布置方式圆柱系统涡激振动时在不同间距比下从水流中获能效果的影响进行研究，因此，本领域技术人员提出了一种基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，用来解决上述所存在的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，解决了运用LBM法对三维圆柱系统涡激振动时俘获水流中能量的研究还较为鲜见的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，包括以下执行步骤：
S1：采用格子玻尔兹曼方法结合大涡模拟对两种不同布置方式下的圆柱系统进行数值模拟；
S2：选定计算域尺寸为4m×2m×1m，圆柱的直径D＝0.08m，入口的来流速度U＝0.59m/s，流体的粘度μ＝0.001pa·s，流体的密度ρ＝1000kg·m3，雷诺数Re＝47000，并采用涡激振动物理实验相同的条件进行数值模拟单圆柱涡激振动，得到其振幅比；
S3：根据S2步骤中的模拟结果与单圆柱的响应类似多圆柱组成的圆柱系统在共振范围内其横向位移响应可以近似为定常态的谐波振动，呈正弦规律变化，与多圆柱组成的圆柱系统所受到的升力间存在相位差Φ，相位差Φ可用过零鉴相法求得，即特定时刻求得两个信号通过零点的时间差Δt，再求得参考信号的频率f可以得出相位差Φ＝180fΔt/π之后再根据将其带入公式可得到俘获能量及能量密度；
S4：在均匀来流下当两种圆柱系统涡激振动响应平稳时，从稳定的振幅响应周期取十个周期并将每个周期振幅的方均根值作为振幅幅值，并通过运用LBM-LES方法对三维并列圆柱系统以及错列圆柱系统在不同间距比下的涡激振动进行模拟，对得到的振幅响应、俘获能量以及能量密度进行分析得到分析结论。
优选的，所述S1步骤中三维圆柱系统数值模拟采用三维19速度速度不可压缩格子Boltzmann模型的D3Q19模型，LBM模型演化方程为：
fi(x+ciΔt,t+Δt)-fi(x,t)＝[fi(x,t)-fieq(x,t)]
式中fi是粒子速度分布函数，feq局部平衡函数，τ无量纲松弛时间，ei是离散速度，Δt是时间步长；
对于三维模型D3Q19模型包含了19个速度矢量：
Figure SMS_2
平衡态分布函数如下所示：
Figure SMS_3
式中wi是权系数，w0＝1/3，w1-6＝1/18，w7-18＝1/36,Cs＝c/√3是格子的声速，流体宏观密度ρ和速度u如下所示：
Figure SMS_4
Figure SMS_5
优选的，所述S1步骤中湍流建模方法采用大涡模拟LES，LBM允许以低计算成本使用LES模型，该方法引入了一个附加的粘度，称为湍流涡粘度Vt，以模拟亚格子湍流，使用的LES方案是Wall—Adapting壁面自适应局部涡流WALE粘度模型，它提供了一致的局部涡流粘度和近壁行为，具体方程为：
Figure SMS_6
Figure SMS_7
Figure SMS_8
Figure SMS_9
优选的，所述S2步骤中的边界条件为，入口边界条件为速度入口，出口边界条件为压力出口，侧向边界为对称边界条件，圆柱表面为固定无滑移壁面条件。
优选的，所述S3步骤中单位长度的圆柱系统横向位移y以及圆柱系统所受到升力F的表达式为：
y(t)＝Asin(2πfext)
Fmax(t)＝Fmaxsin(2πfext+Φ)
其中A为振幅，fex为激励频率，Fmax为圆柱系统所受到的升力幅值；
则单位时间单位长度圆柱系统从水流中俘获到的能量P表达式为：
Figure SMS_10
本发明提供了基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法。具备以下有益效果：
本发明通过运用LBM-LES方法对三维并列圆柱系统以及错列圆柱系统在不同间距比下的涡激振动进行模拟，对得到的振幅响应、俘获能量以及能量密度进行分析得到结论：随着间距比的增大，圆柱间脱落的尾涡对附近圆柱冲击能量加强，使得圆柱系统的振幅比、俘获能量以及能量密度增大，当间距比L/D增大到一定程度时(4＜L/D≤10)，各圆柱间尾涡互相干扰影响逐渐降低，再继续增大间距比L/D反而使得圆柱系统获取能量逐渐减少，计算得到了两种圆柱系统获能的最优间距比，错列圆柱系统在俘获能量和能量密度方面优于并列圆柱系统，该研究可为海流能利用从涡激振动中获取能量提供一定的理论参考。
附图说明
图1为本发明的Boltzmann模型D3Q19模型示意图；
图2为本发明的并列圆柱系统计算模型示意图；
图3为本发明的错列圆柱系统计算模型示意图；
图4为本发明的LBM数值模拟结果U*＝0.51振幅比示意图；
图5为本发明的LBM数值模拟结果U*＝0.87振幅比示意图；
图6为本发明的不同布置方式圆柱系统振幅比示意图；
图7为本发明的两种布置方式圆柱系统俘获能量及能量密度(U*＝6.25)示意图；
图8为本发明的两种布置方式圆柱系统俘获能量及能量密度(U*＝7.38)示意图；
图9为本发明的两种布置方式圆柱系统俘获能量及能量密度(U*＝8.75)示意图；
图10为本发明的并列圆柱系统三维尾涡结构(L/D＝3)示意图；
图11为本发明的错列三圆柱系统三维涡结构(L/D＝3)示意图；
图12为本发明的并列三圆柱三维涡结构(L/D＝4)示意图；
图13为本发明的错列三圆柱三维涡结构(L/D＝4)示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1-13所示，本发明实施例提供基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，包括以下执行步骤：
S1：采用格子玻尔兹曼方法结合大涡模拟对两种不同布置方式下的圆柱系统进行数值模拟；
S2：选定计算域尺寸为4m×2m×1m，圆柱的直径D＝0.08m，入口的来流速度U＝0.59m/s，流体的粘度μ＝0.001pa·s，流体的密度ρ＝1000kg·m3，雷诺数Re＝47000，并采用涡激振动物理实验相同的条件进行数值模拟单圆柱涡激振动，得到其振幅比；
S3：根据S2步骤中的模拟结果与单圆柱的响应类似多圆柱组成的圆柱系统在共振范围内其横向位移响应可以近似为定常态的谐波振动，呈正弦规律变化，与多圆柱组成的圆柱系统所受到的升力间存在相位差Φ，相位差Φ可用过零鉴相法求得，即特定时刻求得两个信号通过零点的时间差Δt，再求得参考信号的频率f可以得出相位差Φ＝180fΔt/π之后再根据将其带入公式可得到俘获能量及能量密度；
S4：在均匀来流下当两种圆柱系统涡激振动响应平稳时，从稳定的振幅响应周期取十个周期并将每个周期振幅的方均根值作为振幅幅值，并通过运用LBM-LES方法对三维并列圆柱系统以及错列圆柱系统在不同间距比下的涡激振动进行模拟，对得到的振幅响应、俘获能量以及能量密度进行分析得到分析结论。
S1步骤中三维圆柱系统数值模拟采用三维19速度不可压缩格子Boltzmann模型的D3Q19模型，LBM模型演化方程为：
fi(x+ciΔt,t+Δt)-fi(x,t)＝[fi(x,t)-fieq(x,t)]
式中fi是粒子速度分布函数，feq局部平衡函数，τ无量纲松弛时间，ei是离散速度，Δt是时间步长；
对于三维模型D3Q19模型包含了19个速度矢量：
Figure SMS_11
平衡态分布函数如下所示：
Figure SMS_12
式中wi是权系数，w0＝1/3，w1-6＝1/18，w7-18＝1/36,Cs＝c/√3是格子的声速，流体宏观密度ρ和速度u如下所示：
Figure SMS_13
Figure SMS_14
S1步骤中湍流建模方法采用大涡模拟LES，LBM允许以低计算成本使用LES模型，该方法引入了一个附加的粘度，称为湍流涡粘度Vt，以模拟亚格子湍流，使用的LES方案是Wall—Adapting壁面自适应局部涡流WALE粘度模型，它提供了一致的局部涡流粘度和近壁行为，具体方程为：
Figure SMS_15
Figure SMS_16
Figure SMS_17
Figure SMS_18
S2步骤中的边界条件为，入口边界条件为速度入口，出口边界条件为压力出口，侧向边界为对称边界条件，圆柱表面为固定无滑移壁面条件。
如图2-5所示，为了比较两种不同布置方式下的多圆柱系统在不同间距比时俘获能量的大小，设计了如图2所示的并列三圆柱系统模型以及如图3所示的错列三圆柱系统模型，由于开展多圆柱系统的涡激振动响应实验代价较大，因此运用数值模拟的方法来研究两种不同布置方式的圆柱系统在均匀水流下的涡激振动响应。
对来流速度U，横向位移振幅A以及圆柱系统的质量m进行无量钢化处理：U*＝U/fn；wD，A*＝A/D，m*＝mc/mw，其中U*为约化速度，A*为振幅比，m*为质量比，fn；w为圆柱系统在水中的固有频率，D为圆柱的直径，mc为圆柱系统质量，mw为圆柱系统排开水的质量。为了方便比较两种圆柱系统通过涡激振动中从水俘获能量的大小，两种圆柱系统取相同的参数数值，圆柱系统质量比m*＝1，固有频率fn；w＝1，阻尼比δ＝0.03，由于涡激共振一般出现在约化速度U*＝5-10之间，故取来流速度U＝0.5、0.59、0.7m/s，则其约化速度U*＝6.25、7.38、8.75。因圆柱的间距变化必然会对两种圆柱系统俘获能量有影响，故对于两种圆柱系统的涡激振动模拟采用2、2.5、3、4、6、8、10这7个不同的L/D(L为圆柱间的距离，D为圆柱直径)间距比模型进行模拟。并根据数值模拟结果计算两种圆柱系统所俘获的能量，以研究不同布置方式的圆柱系统对俘获能量以及能量密度的影响。
本文选定的计算域尺寸为4m×2m×1m，如图2、3所示，圆柱的直径D＝0.08m，入口的来流速度U＝0.59m/s，流体的粘度μ＝0.001pa·s，流体的密度ρ＝1000kg·m3，雷诺数Re＝47000。边界条件如下：入口边界条件为速度入口，出口边界条件为压力出口，侧向边界为对称边界条件，圆柱表面为固定无滑移壁面条件。
在U＝0.51m/s时物理实验结果为A*＝0.935，LBM数值模拟结果为A*＝0.973，在U＝0.87m/s时物理实验结果为A*＝0.375，LBM数值模拟结果为A*＝0.41，从图4和5可以看出通过LBM数值模拟计算得出的振幅比A*与实验结果相差较小，说明本文采用的LBM方法是可靠的。
S3步骤中单位长度的圆柱系统横向位移y以及圆柱系统所受到升力F的表达式为：
y(t)＝Asin(2πfext)
Fmax(t)＝Fmaxsin(2πfext+Φ)
其中A为振幅，fex为激励频率，Fmax为圆柱系统所受到的升力幅值；
则单位时间单位长度圆柱系统从水流中俘获到的能量P表达式为：
Figure SMS_19
由于两种圆柱系统的布置方式以及间距比的不同，仅用式(12)所得到的俘获能量的多少不能作为海流能利用率的衡量标准，采用能量密度Pdensity(即单位水流体积内所获取到的能量)可使得两种不同布置方式的圆柱系统所俘获的能量进行比较，由图2以及图3可以看出虽然圆柱系统包含3个圆柱，但在L×2L的水流截面内只包含了1个圆柱，则能量密度表达式为：
Figure SMS_20
如图6所示，在均匀来流下当两种圆柱系统涡激振动响应平稳时，从稳定的振幅响应周期取十个周期并将每个周期振幅的方均根值作为振幅幅值。图6为两种布置方式下圆柱系统在改变约化速度与间距比得到的振幅响应。从图6可以看出，当间距比L/D＝2时，并列圆柱系统与错列圆柱系统振幅比都较小，说明间距比以及约化速度较小时各圆柱间尾涡发展脱落后因为距离较小从而对周围附近圆柱的冲击力很小，故而使得两种布置方式的圆柱系统振幅均较小。随着约化速度以及间距比L/D的增大，两种布置方式下圆柱系统的振幅比也随着发生了改变，并列圆柱系统与错列圆柱系统在2＜L/D≤6时振幅比都呈现逐渐增大的趋势，在6＜L/D≤10时则呈现逐渐减小的趋势，说明随着间距比的增加，各圆柱间间距增大使得脱落的尾涡对附近圆柱有比较大的冲击力，从而导致圆柱系统的振幅比增大，而当间距太大时圆柱间的干扰会变得越来越小，使得圆柱系统的振幅比逐渐减小。
如图7-9所示，图7－图9分别为约化速度6.25、7.38、8.75时两种布置方式圆柱系统在不同间距比俘获能量及能量密度。可以看出，随着约化速度的增加两种不同布置方式的圆柱系统在不同间距比时从水流中获取的能量及能量密度都呈增大的趋势，但在间距比L/D＝2时俘获到的能量以及能量密度都很小，说明圆柱间间距较小时，圆柱周围脱落的尾涡对附近圆柱表面产生的能量冲击较小，因此圆柱系统从水流中俘获到的能量以及能量密度也很小。从图7中可以看出在约化速度为6.25时，并列圆柱系统在2.5≤L/D≤4时从水流中俘获的能量以及能量密度都显著增加达到最大，在4＜L/D≤10时俘获能量有轻微波动但能量密度大幅度下降；错列圆柱系统在2.5≤L/D≤4时俘获的能量增加明显达到最大，在4＜L/D≤10时俘获能量略有降低，能量密度在2.5≤L/D≤3时增加达到最大，而在4＜L/D≤10时显著减小。从图8中可以看出在约化速度为7.38时，并列圆柱系统俘获能量在2.5≤L/D≤6时增加达到最大而在6＜L/D≤10时减小；错列圆柱系统俘获能量与能量密度在2.5≤L/D≤3时均增加达到最大，在3＜L/D≤10时俘获能量略有减小而能量密度明显减小。从图9中可以看出在约化速度为8.75时，并列圆柱系统在2.5≤L/D≤4时俘获能量与能量密度均明显增加达到最大，在4＜L/D≤10时俘获能量与能量密度均呈减小趋势；错列圆柱系统俘获能量在2.5≤L/D≤6时增加达到最大而在6＜L/D≤10时明显减小；错列圆柱系统能量密度在2.5≤L/D≤3时增加明显达到最大而在3＜L/D≤10时明显下降减小。以上表明当间距比增大到一定程度时，再增加间距比圆柱脱落尾涡对周围圆柱的涡激能量会耗散在水流中而使圆柱系统获能效果会降低。从图中可以看出，要想获得对水流能利用最优的间距比，并列圆柱系统应该选取L/D＝4，错列圆柱系统应该选取L/D＝3，且总体来看错列圆柱系统不管是能量获取还是能量密度都比并列圆柱系统大，说明错列圆柱系统在水流能利用上具有优势应该优先选取。
如图10-13所示，图10－图13分别为U*＝7.38时，同一时刻两种不同布置方式的圆柱绕流系统在代表性间距比分别为3与4时的流向截面与展向截面瞬时三维尾涡结构分布图。从图10、11可以看出，在L/D＝3时两种布置方式的圆柱系统在圆柱下游都已形成较为充分的尾涡脱落，但错列圆柱系统的尾涡三维拟序结构明显更加强壮复杂，说明间距比L/D＝3时错列圆柱系统受到的尾涡冲击能量大，所以也验证了错列圆柱系统获能最优间距比为L/D＝3；而从图12、13中可以看出在L/D＝4时两种布置方式的圆柱系统尾涡结构由于间距比的增大使得尾涡结构比起L/D＝3时更发展壮大且紊乱不稳定，此时并列圆柱系统的尾涡拟序结构比错列圆柱系统得更加强壮复杂，说明间距比L/D＝4时并列圆柱系统受到的尾涡冲击能量大，也验证了错列圆柱系统获能最优间距比为L/D＝4。
因此，通过运用LBM-LES方法对三维并列圆柱系统以及错列圆柱系统在不同间距比下的涡激振动进行模拟，对得到的振幅响应、俘获能量以及能量密度进行分析得到以下结论：
1)间距比较小(L/D＝2)时由于圆柱间涡脱落对附近圆柱涡冲击能量较小使得振幅比较小，随着间距比增大振幅比也慢慢增大，当间距比增大到一定程度时(6＜L/D≤10)圆柱间的相互干扰会变弱，使得圆柱系统的振幅比逐渐减小。
2)两种圆柱系统在小间距比(L/D＝2)时由于圆柱间涡冲击能量很小使得圆柱系统从水流中俘获的能量以及能量密度很小，随着间距比的增大，涡脱落对附近圆柱的涡冲击能量加强，使得圆柱系统俘获的能量以及能量密度也慢慢增多，当圆柱间间距过大时(4＜L/D≤10)脱落的尾涡由于距离太远反而只有少量涡冲击能量作用到附近圆柱上，使得圆柱系统对水流能利用率减小。从俘获能量、能量密度以及三维尾涡拟序结构三方面可得并列圆柱系统俘获能量以及能量密度最大的最优间距比为L/D＝4，错列圆柱系统俘获能量以及能量密度最大的最优间距比为L/D＝3。
3)从振幅响应、俘获能量以及能量密度模拟结果可以看出，总体上错列圆柱系统获能效果优于并列圆柱系统。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，其特征在于，包括以下执行步骤：
S1：采用格子玻尔兹曼方法结合大涡模拟对两种不同布置方式下的圆柱系统进行数值模拟；
S2：选定计算域尺寸为4m×2m×1m，圆柱的直径D＝0.08m，入口的来流速度U＝0.59m/s，流体的粘度μ＝0.001pa·s，流体的密度ρ＝1000kg·m3，雷诺数Re＝47000，并采用涡激振动物理实验相同的条件进行数值模拟单圆柱涡激振动，得到其振幅比；
S3：根据S2步骤中的模拟结果与单圆柱的响应类似多圆柱组成的圆柱系统在共振范围内其横向位移响应可以近似为定常态的谐波振动，呈正弦规律变化，与多圆柱组成的圆柱系统所受到的升力间存在相位差Φ，相位差Φ可用过零鉴相法求得，即特定时刻求得两个信号通过零点的时间差Δt，再求得参考信号的频率f可以得出相位差Φ＝180fΔt/π之后再根据将其带入公式可得到俘获能量及能量密度；
S4：在均匀来流下当两种圆柱系统涡激振动响应平稳时，从稳定的振幅响应周期取十个周期并将每个周期振幅的方均根值作为振幅幅值，并通过运用LBM-LES方法对三维并列圆柱系统以及错列圆柱系统在不同间距比下的涡激振动进行模拟，对得到的振幅响应、俘获能量以及能量密度进行分析得到分析结论。
2.根据权利要求1所述的基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，其特征在于：所述S1步骤中三维圆柱系统数值模拟采用三维19速度速度不可压缩格子Boltzmann模型的D3Q19模型，LBM模型演化方程为：
fi(x+ciΔt,t+Δt)-fi(x,t)＝[fi(x,t)-fieq(x,t)]
式中fi是粒子速度分布函数，feq局部平衡函数，τ无量纲松弛时间，ei是离散速度，Δt是时间步长；
对于三维模型D3Q19模型包含了19个速度矢量：
Figure FDA0004142159790000021
平衡态分布函数如下所示：
Figure FDA0004142159790000022
式中wi是权系数，w0＝1/3，w1-6＝1/18，w7-18＝1/36,Cs＝c/√3是格子的声速，流体宏观密度ρ和速度u如下所示：
Figure FDA0004142159790000023
Figure FDA0004142159790000024
3.根据权利要求1所述的基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，其特征在于：所述S1步骤中湍流建模方法采用大涡模拟LES，LBM允许以低计算成本使用LES模型，该方法引入了一个附加的粘度，称为湍流涡粘度Vt，以模拟亚格子湍流，使用的LES方案是Wall—Adapting壁面自适应局部涡流WALE粘度模型，它提供了一致的局部涡流粘度和近壁行为，具体方程为：
Figure FDA0004142159790000025
Figure FDA0004142159790000026
Figure FDA0004142159790000027
Figure FDA0004142159790000028
4.根据权利要求1所述的基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，其特征在于：所述S2步骤中的边界条件为，入口边界条件为速度入口，出口边界条件为压力出口，侧向边界为对称边界条件，圆柱表面为固定无滑移壁面条件。
5.根据权利要求1所述的基于LBM-LES的圆柱系统涡激振动能量获取方法，其特征在于：所述S3步骤中单位长度的圆柱系统横向位移y以及圆柱系统所受到升力F的表达式为：
y(t)＝Asin(2πfext)
Fmax(t)＝Fmaxsin(2πfext+Φ)
其中A为振幅，fex为激励频率，Fmax为圆柱系统所受到的升力幅值；
则单位时间单位长度圆柱系统从水流中俘获到的能量P表达式为：
Figure FDA0004142159790000031
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