声波衰减的格子-Boltzmann方法模拟

采用格子-Boltzmann方法分别模拟了一维及二维通道内平面声波的衰减过程.模拟中,声源给定速度及密度,出口采用出口边界条件.一维模型下,y方向采用周期性边界条件;二维模型下,y方向采用无滑移边界条件.模拟结果表明:在介质黏性以及壁面摩擦(仅二维)的作用下,声波沿着传播方向逐渐衰减,速度振幅及密度振幅越来越小,压力梯度呈负指数形式减小;随着波长的增大或介质黏度的减小,声波的衰减减缓,压力梯度越小.模拟获得的速度分布、压力梯度分布以及衰减系数与理论值吻合良好.最后,给出了声源的激发声压级.     

格子Boltzmann方法模拟多孔介质内流体的流动

非达西渗流作为渗流力学中的一个重要分支,其研究对能源、化工、材料、生命科学以及医学等众多领域的发展起着至关重要的作用.本文采用四参数随机生成方法生成多孔介质结构,并利用格子Boltzmann方法模拟流体在多孔介质中的流场.通过改变多孔介质的孔隙率、核生长概率以及各方向生长概率,模拟各参数对达西曲线和渗透率的影响.此外,还调查了不同边界条件对渗流的影响.     

封闭方腔自然对流的格子-Boltzmann方法动态模拟

以压力分布函数和内能密度分布函数为基本演化变量,构建了一个新的不可压缩的双分布函数热格子-Boltzmann模型.对封闭方腔内自然对流进行数值分析的结果表明,该模型可以克服原模型的可压缩效应,并在一定程度上提高了计算结果的数值精度.以此模型动态模拟封闭方腔自然对流的形成和演化过程的结果表明:Ra越大,流场的演化越复杂,稳定状态下方腔内涡的数量越多,高低温壁面附近的换热越强烈,压强逐渐呈现出中心低,上、下壁面附近高的对称分布.     

二维管道内交变流动的格子-Boltzmann方法模拟研究

采用格子-Boltzmann方法（LBM）对二维管道内不可压缩交变流动——Womersley流的流动与换热进行了数值模拟研究．结果表明：管道内压力梯度呈周期性变化，在周期较小时，管道的绝大部分区域速度分布相当平坦，在靠近壁面附近出现了速度的峰值，且靠近壁面处速度变化剧烈；在周期较大时，速度分布近似于抛物线，管道中心速度总大于壁面附近速度，且不同周期下的模拟结果与解析解都吻合得很好．另外，当速度交变时，温度表现为波动变化．速度与温度的相位差、温度的分布特性、温度的波动特性等都与压力梯度交变周期及幅值有关．研究结果表明，LBM可以用于交变流动的模拟．鉴于LBM的众多优点，该方法有望成为求解复杂流动与换热的一种有效的数值模拟手段．     

用格子Boltzmann研究多孔介质内的自然对流换热问题

用格子Boltzmann方法研究了方腔内二维多孔介质由于不均匀温度分布产生的浮力效应而引起的自然对流传热问题.通过数值模拟得到了多孔介质内流体的流场和温度场.详细讨论了孔隙度对自然对流传热的影响,并对孔隙度变化情况下的自然对流传热问题也进行了探讨.研究结果表明,在孔隙度恒定,且Da数比较小(≤10-6)的情况下,当Ra数较低时,孔隙度对自然对流传热的影响很小,当Ra数足够大时需要考虑孔隙度变化的影响;而在Da数较大(≥10-2)情况下,孔隙度对自然对流传热的影响非常明显.在孔隙度线性变化情况下,中间孔隙度c对自然对流传热有一定的影响,且对流与传热随着c的增大而变得剧烈.     

工业和环境流体力学中的振荡流

通过对多孔介质、湍射流的振荡流等研究的叙述，说明尽管流动现象是很复杂的，但振荡流在工业与环境流体力学中具有广泛的应用．借助先进的计算机技术和实验技术，对于振荡流的了解将会得到进一步的深入．     

粘弹性多孔介质第三越流理论的研究

本文研究了夹有弱透水层的粘弹性双层含水层组的渗流问题,提出了粘弹性多孔介质中的第三类越流模型,给出了该模型的严格解,得到粘弹性含水层组中各层水位变化的计算公式。并给出了计算实例。     

关于两种REV尺度多孔介质LBM模型的讨论

通过多尺度展开方法分析了Freed和Guo分别提出的两种多孔介质LBM模型对应的宏观方程。分析表明,两种模型均存在一定的人工多余项,相较而言Guo模型更加精确。对于稳态不可压流动来讲,两种模型基本等价。通过数值模拟证明了这一结论。     

热格子Boltzmann方法分析及应用

格子Boltzmann方法（lattice Boltzmann method,LBM）是一种基于气体动理论的介观计算方法,其物理背景清晰、边界处理简单,已成功应用于等温（或无热）流动中.简要介绍现有的几种热格子Boltzmann模型,并运用几种热格子模型求解热Couette流、方腔自然对流等典型算例,对比不同热格子模型的数值稳定性、准确性、模型的计算效率等.将两种热格子模型用于多孔介质内的流动与传热问题中,对比热格子模型在处理复杂结构时的数值特性.     

交通流中红绿灯模型的格子玻尔兹曼模型

介绍了一种适用于交通流中红绿灯模型的两格子的格子玻尔兹曼模型.通过最大值原理证明了该模型的稳定性.数值模拟说明了模型的数值解与理论分析的间断解高度吻合,表明了该模型对处理多间断交通流问题是高效和稳定的.     

格子Boltzmann法研究陶瓷过滤管基体内的稳态和非稳态流动

为了深入了解陶瓷过滤管内的微观过滤机理,将格子Boltzmann方法用于陶瓷过滤管基体内的流动研究,对流体在多孔介质内的稳态和非稳态流动进行了计算。结果表明,流体在稳态流动时,流体的速度和压力间的关系符合达西渗透定律,证明了LB计算程序的可靠性。可以得到多孔介质内的微观速度分布及变化规律。多孔介质内的孔喉处流体速度较大,局部最大速度可以达到表观过滤速度的数十倍。孔隙内各点的局部速度随压降的变化而线性变化,且在入口边界固定时,孔隙中各点的速度不随时间改变。非稳态流动时,通过给定随计算步数变化的入口压力值,分析了局部速度随入口压力的变化趋势,结果表明两者变化一致。     

格子Boltzmann方法在非牛顿流体研究中的应用

建立了用于非牛顿流体的格子Boltzmann方法，通过Chapman-Enskog展开和多尺度技术，并选择特定的平衡态分布函数的形式，可以得到非牛顿流体流动 的宏观Navier-Stokes方程，并且流体满足宾汉模式的本构关系。     

Insights on cellulose hydrolysis in the porous structure of biomass particles using the lattice Boltzmann method

Lignocellulose biomass has been recognized as one of the most promising sources of low-cost and renewable biofuels, and its conversion into alternative fuels and valuable platform molecules has attracted widespread attention. The porous solid residue from lignocellulose biomass, which was pretreated by steam-stripping, is catalyzed by dilute sulfuric acid to form levulinic acid (LA). The process includes porous media diffusion, multicomponent reactive transport, liquid-solid interface reaction, and cellulose dissolution. Understanding the interactions between these complex physicochemical processes is the basis for optimizing the performance of the hydrolysis reaction. In this study, a porous reaction transport model based on the lattice Boltzmann method (LBM) was established to simulate the conversion of cellulose to LA which was catalyzed by dilute acid. The simulation results were compared with the existing experimental results to verify the accuracy of the model. The simulation results showed that temperature has a significant effect on hydrolysis and the highest carbon yield was obtained at 180 °C. Without considering the lignin reaction, the higher the sulfuric acid concentration, the better is the hydrolysis efficiency in the range of 4% – 8%. The influence of cellulose content and steam-stripping the residue porosity on the dissolution rate of cellulose was also evaluated. The average dissolution rate of cellulose is the highest within 75 min, when the porosity is 0.7 and the cellulose content is 50%.     

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.     

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.     

明渠流中分形絮团破裂的格子Boltzmann方法模拟

应用格子Boltzmann方法模拟了黏性泥沙三维分形絮团在明渠水流中的沉降、破裂过程,揭示了絮团在水流剪切作用下的破裂机理．结果表明,水流流速较小时,絮团将不发生破裂而沉积到海床;在水流流速较大的情况下,强度较小的絮团将在水流剪切作用下发生破裂,破裂后的单个泥沙颗粒或小絮团随水流一起运动,不会沉降到床面,而强度较大的絮团在经受近底剪切变形后仍可沉降到床面．絮团沉降破裂过程的格子Boltzmann模拟结果与已有的直观认识一致．