用于求解Poisson方程的格子Boltzmann模型

提出一个求解Poisson方程的格子Boltzmann模型.通过使用Chapman-Enskog展开和多尺度展开得到了在不同时间尺度下的系列偏微分方程及平衡态分布函数和具有三阶截断的误差修正Poisson方程.用该模型计算Kolmogorov流和Green-Taylor涡流,并与解析解进行比较,计算结果表明,数值结果与经典解析结果基本相符.     

空间分数阶对流方程的格子Boltzmann方法

建立了格子Boltzmann模型来数值求解空间分数阶对流方程. 通过积分中值定理和线性插值方法将分数阶导数离散化,并结合Taylor展式和Chapman-Enskog多尺度展开推导出各方向上的平衡态分布函数. 对于一维和二维问题,数值算例验证了格子Boltzmann方法的有效性.     

一种曲边界处理的格子Boltzmann模型

本文提出了一种曲边界条件处理的格子Boltzmann模型.在模型中,计算边界点的平衡态分布函数由物理边界点的宏观量确定;计算边界点的非平衡态部分可由非平衡态外推方法与插值方法确定.对圆柱绕流进行了数值模拟,计算结果与前人结果吻合较好,表明该模型是可行有效的.     

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。     

有限体积法与LBM分区耦合模拟方腔自然对流

在已有的密度分布函数重构算子的基础上,推导出了温度分布函数的重构算子,解决了格子Boltzmann方法(LBM)与有限体积法耦合计算传热问题的关键难题.选二维方腔自然对流对耦合方法进行了考核.在瑞利数Ra=103~106范围内,耦合结果同商业软件FLUENT结果符合得很好,并且各物理量在耦合界面处连续且光滑过渡.通过残差曲线可以看出,耦合模型在密网格以及大瑞利数情况下,数值稳定性要好于单一LBM.     

用格子Boltzmann方法求解修正的时间分数阶方程

首先,根据Taylor展开和Chapman-Enskog多尺度展开等技术,用格子Boltzmann方法准确地恢复所讨论的宏观方程,并推导D1Q3和D2Q9模型的平衡态分布函数的表达式.其次,给出两个数值实例验证该方法的有效性.结果表明,用格子Boltzmann方法能求解Caputo型修正的时间分数阶方程的数值解.     

变系数反应扩散方程的格子Boltzmann模型

研究了含变系数的反应扩散方程,构建了含弛豫时间函数τ(x,t)的D1Q3格子Boltzmann模型.为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡态分布函数和弛豫时间函数τ(x,t)的具体表达式.数值计算结果表明该模型是稳定、有效的.     

基于多松弛格子Boltzmann方法插值反弹运动边界研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,结合曲边插值边界处理方法,在固定笛卡尔坐标系均匀网格下,模拟了运动圆柱绕流问题.结合非平衡外推思想,提出了一种新的预估格点分布函数的方法:通过"圆柱表面垂直方向附近的流场内格点的密度和圆柱的速度"构造平衡分布函数,并将其作为新生成格点的分布函数.利用对绝对误差的频谱分析技术,与现有两种方法(基于平均和预估思想)对比结果显示:新提出的方法在具有更高的精度的同时,可以保证仅需要流体域内较少的流动信息,从而为流体内的颗粒碰撞等问题提供了有利条件.通过误差频谱结果,进一步对相应方法中的误差根源进行了讨论,为进一步改进方法提供了依据.对相同雷诺数下加大一倍流场区域的计算结果表明,加大网格可以减小升阻力误差在低频时频谱幅值.     

空调风机贯流直叶片的流线分析法

结合贯流叶轮中相对运动的特点,以叶片形线为介质绕流不动叶片的相对运动流线,求解额定工况下流线流速的分布函数;根据初始时刻各单元流道中心的坐标位置,确定介质的轴向涡旋相对运动和绝对速度的分布函数,再将绝对流速函数代入纳维-斯托克斯方程,求出叶片表面的静压分布函数;由相关公式计算出风机全压和流量等外部性能参数,完成叶片表面的流动解析.性能实验结果表明:解析推导与性能试验结果误差较数值模拟与性能试验的要小;解析预测的叶片内流参数分布与数值模拟存在一定差异,当转速降低时两种方法计算的流速和压力会减小,两者的差值也会减小;与数值模拟方法相比,流线分析法具有快速方便的特点.     

一种曲边界处理的格子Boltzmann模型

本文提出了一种曲边界条件处理的格子Boltzmann模型。在模型中,计算边界点的平衡态分布函数由物理边界点的宏观量确定;计算边界点的非平衡态部分可由非平衡态外推方法与插值方法确定。对圆柱绕流进行了数值模拟,计算结果与前人结果吻合较好,表明该模型是可行有效的。     

用于涡流系统双分布函数的格子Boltzmann模型

提出一个格子Boltzmann模型应用于不可压缩流的涡流系统. 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, 得到一个比较好的方腔流动模式.     

多震源地震压力波的格子Boltzmann模型

给出一种新的用于模拟地震压力波的格子Boltzmann模型. 使用压力分布函数的Chapman Enskog展开和多重尺度技术, 给出满足地震压力波方程要求的高阶矩以及简单的平衡态分布函数表达式. 利用这个模型, 模拟了多震源引起的地震压力波运动, 数值结果可以同差分方法的结果进行比较.     

用于Beltrami流的格子Boltzmann算法

给出Beltrami流动中流体质点位移的格子Boltzmann算法. 引入Beltrami涡流的概念, 并给出涡量和速度的结构. 应用格子Boltzmann算法模拟Beltrami流的Arnold-Beltrami-Chidress(ABC)解.     

基于 Cercignani 解的格子 Boltzmann 模型

给出用于求解Euler方程的格子Cercignani-Boltzmann方法。通过引入特征线，使在特征线上的分布函数满足Cercignani解。经线性展开，建立与标准格子Boltzmann方程的联系。特别地，考虑到平衡态分布函数在初始时可能出现的间断，给出一个很好的平衡态分布，并满足守恒条件和部分流条件。     

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.     

某些电磁波传播问题的格子Boltzmann模拟

用格子Boltzmann方法考虑空间不含源项的Maxwell方程组, 先构建Maxwell方程组的格子Boltzmann模型并进行数值实验, 然后将格子Boltzmann方法与其他传统方法得到的数值解进行比较. 结果表明, 格子Boltzmann方法是一种求解Maxwell方程组的有效方法.     

用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题

用格子Boltzmann方法计算来流为水平剪切流的方柱绕流问题, 得到了在不同速度梯度条件下方柱绕流的流线和等涡线图. 发现在圆柱尾部形成两排涡, 当来流速度梯度较大时, 两排涡有很大的不同. 计算结果表明, 用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题是可行的, 计算结果与理论分析相符.     

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     

求解Rossler方程的格子Runge-Kutta-Boltzmann算法

提出一种求解Rossler方程的格子Runge-Kutta-Boltzmann算法. 先使用经典Runge-Kutta公式构建格子Boltzmann模型, 得到了高阶截断误差; 再通过Chapmann-Enskog展开和多尺度展开技术, 获得了不同时间尺度的系列偏微分方程和修正Rssler方程. 数值结果表明, 所得模型可用于求解Rossler方程.