可压Euler方程的格子Boltzmann方法:二维情形

根据微观和宏观之间的质量、动量和能量守恒原理，构建了一个可用于模拟可压流体的D2V19格子Boltzmann模型，利用Chapman—Enskog分析可从该模型推导出宏观流体力学方程-Euler方程．利用该模型对三种典型激波管进行数值模拟并与Riemann解析解进行比较和分析，发现该模型能较好的捕捉激波，精度令人满意，证明了该模型对可压流体的适用性．该模型适用于气体多方指数为任意值的系统．     

13速格子Boltzmann方法的热流体力学方程

采用１３速六方格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法研究热流体力学，碰撞项采用单驰豫时间的格子ＢＧＫ模型，局域平衡分布展开到Ｕ＾３项，最后以速度的二阶恢复Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，三阶恢复热传导方程。     

圆柱绕流的格子Boltzmann模拟

针对流体力学中模拟圆柱绕流的边界层内部流动问题,采用格子Boltzmann方法,用两个分布函数分别定义涡量和流函数,得到用两个格子Boltzmann方程建立的模型。以数值为例,圆柱绕流的数值模拟结果符合经典的理论结果。与直接模拟Navier-Stokes方程相比,该方法计算模型简单,分布函数简单,易于计算。     

格子Boltzmann方法中的几个问题

简单介绍了在格子Ｂｏｌｚｔｚｍａｎｎ方法的最新动态,分析了该方法目前存在的问题。给出了几种解决问题的途径,通过数值分析和理论分析得到,用格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法求解流体力学问题,有三方面的优点：（１）格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程是 维的,对流项是线性的,简单的松驰方程可以得到复杂的非线性的流体力学方程,已表现出数值稳定,结果准确等特点。（２）在不可压的极限下可以得到不可压缩Ｎ－Ｓ方程,压力由状态方     

格子Boltzmann模型结合MPR方程模拟流体饱和气液密度

格子Boltzmann伪势能两相模型由于缺少与真实流体相关的物理参数,因此无法实现对某种特定流体的模拟。本文将比容平移后的Peng-Robinson状态方程(MPR)引入模型中,通过状态方程中的无量纲参数偏心因子和临界压缩因子,建立模拟流体与真实流体的关联,使得模型可以区别各种真实流体,并模拟了氩、氧气、烷烃等8种流体在不同温度下的饱和气液相密度。结果表明,MPR和Peng-Robinson方程(PR)的格子Boltzmann两相模型均能很好的描述8种流体的饱和气相密度;而MPR方程能够很好的再现氩、氮气、氧气等非极性流体的饱和液相密度,对于其它流体,MPR方程较PR方程对液相密度的描述有所改进,但仍与实验数据有一定差异。总体上MPR方程能够更好地模拟不同流体的饱和气液相密度。     

微通道气体流动的格子-Boltzmann法模拟

格子-Boltzmann方法的迅速发展为计算流体力学提供了一种强有力的工具．结合“贴壁层”的理论对格子—Boltzmann方程在微槽道流动中的应用进行探索，对Kn数跨越速度滑移区和过渡区的若3个微通道中的气体流体进行了模拟，给出了通道内速度、压力、局部阻力系数的变化曲线，并和同条件下用不考虑滑移的计算结果和文献给出的理论结果进行了对比，结果表明和文献给出的理论结果吻合得很好．     

糖膏非牛顿型流体特性对煮制过程影响的探讨

应用非牛顿型流体剪应力方程，建立糖膏在间歇式结晶罐中的流体力学模型。经与前人的模型比较，初步揭示了糖膏作为非牛顿型流体时对其流运过程的影响。     

对不可压缩流体连续性方程的讨论

经典不可压缩流体数学模型的建立,是近代理论流体力学的基础。但是当时的数学工具的不完善,不可压缩流体模型的建立存在一些假设。本文针对不可压缩流体的连续性方程存在的一些问题,运用数学分析工具进行了数学上重新的分析和推演。所作的分析仍然是在经典流体力学基本框架上,在连续介质和局部平衡假定下[1]的基础上,从逻辑推演的角度对不可压缩流体连续性方程的定义作了一些有益的探讨。     

电致流体运动的计算机模拟

近年来,电流体力学(Electryhodrodynamics,又称 EHD)已成功地应用于液态离子源技术。但由于缺乏相应的电流体力学分析方法,尤其是能够解决工程实际问题的数值分析方法,因而不能对电致流体运动给予直观的、定量的描述。本文以流体力学运动方程为基础,讨论了电流体力学的方程体系。重点分析了电场力与流体表面张力对流体运动的影响,并应用标志网格法(Marker and Cell)建立了电致流体运动的计算机模拟程序。计算了圆管流体在外电场与表面张力作用下的流动情况。计算结果与文献[9]的实验观察结果一致。     

伯努利方程应用探讨

伯努利方程是流体力学中的一个重要公式,对于不同的流体流动方程的形式不同,本文分析并给出了不可压缩流体、可压缩气体和粘性流体的伯努利方程。     

13-Bit多速正六边形格子气自动机模型

建立了具完全对称性的多速正六边形格子气自动机模型,通过对典型绕流问题的计算模拟,证明了模型的正确性和有效性。     

13—Bit格子气自动机模型的并行运行

采用按“位”编码和计算,把流体粒子的运动和碰撞过程处理为运动状态的转贮和节点信息的回送两个过程,得以实现并行运处荨闻计算速度快、可包含节点量大较的１３－Ｂｉｔ格子气自动机模型的运行机制。焦炭多孔介质流体流场模拟结果表明该机制是正确有效的。     

垂直上升圆管内等温气泡流动的总体平衡建模

对等温条件下垂直上升管内气泡的总体平衡(population balance)建模,提出了一种平均气泡数密度(ABND)方法.通过将平均气泡数密度传递方程引入到商业计算流体力学(CFD)软件ANSYS CFX10中来体现气泡的总体平衡.对湍流驱动下气泡自由碰撞以及湍流涡旋携带下撞击引起的气泡聚并和破裂效应采用Hibiki和Ishii提出的气泡聚并和破裂模型.对气泡流动中的基本变量:局部气含率和液体速度沿径向的分布进行了预测,并与Liu和Bankoff的实验数据进行了对比.预测结果和实测数据之间具有很好的一致性,证明了平均气泡数密度方法对气泡流动建模的适用性.     

Lattice Boltzmann method and its applications in engineering thermophysics

The lattice Boltzmann method （LBM）, a mesoscopic method between the molecular dynamics method and the conventional numerical methods, has been developed into a very efficient numerical alternative in the past two decades. Unlike conventional numerical methods, the kinetic theory based LBM simulates fluid flows by tracking the evolution of the particle distribution function, and then accumulates the distribution to obtain macroscopic averaged properties. In this article we review some work on LBM applications in engineering thermophysics： （1） brief introduction to the development of the LBM; （2） fundamental theory of LBM including the Boltzmann equation, Maxwell distribution function, Boltzmann-BGK equation, and the lattice Boltzmann-BGK equation; （3） lattice Boltzmann models for compressible flows and non-equilibrium gas flows, bounce back-specular-reflection boundary scheme for microscale gaseous flows, the mass modified outlet boundary scheme for fully developed flows, and an implicit-explicit finite-difference-based LBM; and （4） applications of the LBM to oscillating flow, compressible flow, porous media flow, non-equilibrium flow, and gas resonant oscillating flow.     

以氧化镁为例研究高温高压下的等温态方程与等温体积弹性模量

从晶格势理论出发,考虑到原子间距对短程力常数的平方效应,得到了固体的等温态方程、体积弹性模量以及体积弹性模量对压强的一阶导数随体积变化而变化的关系式.以氧化镁为例进行了数据处理与分析讨论,结果发现本文在高温(2000K)高压(260GPa)下所得到的理论预测值与普适态方程理论值及PIB模型值十分吻合.     

气体钻井地层出水量理论模型

为了准确预测气体钻井施工过程中出水层位的地层出水量,根据渗流力学的基本原理,并结合气体钻井的实际工作状况,分别分析并建立了钻头钻入水层厚度小于井径、大于井径、完全钻穿水层和钻头已部分钻穿水层但尚未整体脱离水层四种情况下的地层出水量的理论预测模型。在塔里木油田的现场实验表明,理论模型的计算结果和现场实际测量的出水量相比误差在10%左右。该理论模型可以适用于气体钻井过程中出水层位出水量的计算,具有推广价值。     

玻璃纤维增强聚丙烯结晶动力学研究

通过DSC方法研究了玻璃纤维增强聚丙烯复合体系的结晶行为,探讨了体系等温及非等温结晶动力学,采用Mandelkern方法和Jeziorny方法对体系的非等温结晶动力学进行了处理。结果表明：玻璃纤维的引入改变了聚丙烯的结晶温度和结晶度,对聚丙烯的结晶有成核作用,短玻璃纤维的成核作用强于玻璃纤维毡;聚丙烯及玻璃纤维增强聚丙烯的等温结晶在相当大的结晶范围内符合Avrami方程;由Jeziorny方法得出的单位冷却速率非等温结晶能力参数Gc不随冷却速率的改变而变化,能较好地反映结晶过程,可用该方法材料结晶动力学进行计算。     

微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

格值自动机的产生式推理建模方法

针对多规则多结论的复杂产生式推理,将形式化语言识别能力和产生式推理结合起来,提出一种基于格值自动机的产生式推理建模方法.首先,利用格值自动机理论优点,将复杂产生式推理过程用格值自动机的格值语言描述出来,从而建立通用的产生式推理模型;其次,给出模型的规则间逻辑正确性验证方法,以及模型随规则库更新而更新的方法;最后,用实例验证建模方法的正确性.结果表明:该方法可以充当专家系统的辅助决策系统,具有较好的现实意义和实用价值.