用于Poiseuille等微槽道流的Boltzmann模型方程算法研究

基于MEMS微尺度流动特点, 将气体运动论统一算法推广应用于Poiseuille等微槽道流动计算研究, 发展可用于微流动问题的气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法, 以不同Knudsen数的Couette剪切流、热对流以及Poiseuille等短微槽道流为研究对象进行初步计算验证, 通过将本文计算结果分别与基于微观分子颗粒输运的类DSMC模拟值、基于宏观流体力学的滑移N-S解、基于气体分子动力论的BGK-Burnett数值解及线化Boltzmann近似分析解 等的比较分析, 显示出发展的连接宏观流体力学与微观分子动力学的介观Boltzmann简化速度分布函数方程数值算法能很好地揭示近连续滑移、过渡流区气体流动现象和微弱流动变化细节, 并能较好地适应于微槽道流动问题计算研究, 可望发展起新型的模拟MEMS微槽道流动和传热问题气体运动论数值计算方法.     

基于Boltzmann模型方程各流域三维复杂绕流问题统一算法研究

通过探索可描述各流域气体输运现象的Boltzmann简化速度分布函数方程理论及其数值计算方法,发展可用于不同流区复杂多尺度绕流问题的气体运动论离散速度坐标法,应用拓展计算流体力学有限差分方法与DSMC解耦技术,建立直接求解分子速度分布函数的气体运动论耦合迭代数值格式;研究可用于高、低不同马赫数绕流问题新型的Gauss型离散速度数值积分方法,确定物理空间各点的宏观流动参数,建立起稀薄流到连续流各流域三维复杂绕流问题气体运动论数值计算方法．通过研究气体运动论数值算法并行方案,开展HPF（高性能FORTRAN）并行化程序设计及算法考验,以各流域三维球体及复杂外形体多尺度绕流问题为研究对象进行HPF并行计算,将计算结果与有关实验数据、理论预测分析比较．研究表明,我们的气体运动论数值算法能可靠揭示来自不同流区飞行器复杂绕流现象、规律,可望建立基于Boltzmann模型方程数值求解,能有效模拟各流域三维复杂气动力、热问题统一算法研究方向．     

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.     

一维Burgers方程的格子Boltzmann模型

从对流扩散的角度给出了一维Ｂｕｒｇｅｒｓ方程的格子Ｂｌｏｔｚａｍａｎｎ模型， 模型的特点，并和模拟结果进行了比较。     

由线性化Boltzmann方程的解得到二粒子Boltzmann方程的色散关系

二粒子Boltzmann方程是Boltzmann方程之后的又一个重要的气体动力学方程.利用线性化Boltzmann方程的解构造出二粒子Boltzmann方程的解,并在此基础上找出了二粒子Boltzmann方程的色散关系.     

热波方程的格子Boltzmann模型

用格子Boltzmann方法(LBM)研究热波方程, 构建了热波方程的格子Boltzmann模型, 运用该模型对一维和二维热波问题进行数值模拟, 并将LBM数值解与其他经典结果进行比较, 表明该方法可以用于模拟热波问题.     

低浓度固液两相流Boltzmann方程的同伦分析方法解

同伦分析方法（Homotopy analysis method,HAM）是求解强非线性问题的有力手段.针对两相流动理学理论中的非线性微分积分方程——Boltzmann方程,本文采用HAM方法选取Maxwell速度分布函数作为初始猜测解,求解得到了低浓度固液两相流的BGK模型Boltzmann方程的一阶近似解,与传统的Chapman-Enskog方法得到的一阶近似解表达式的结构一致,显示了HAM方法求解Boltzmann方程的有效性,为一般Boltzmann方程的HAM方法求解奠定了基础.     

复Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann模型分析解

利用格子Boltzmann模型中的Chapman分析方法, 给出系列偏微分方程以及Chapman多项式的一般形式, 通过求解复Ginzburg-Landau方程的平衡态分布函数, 给出不同时间尺度上分布函数的表达式, 进而得到复Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann分析解.     

复Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann模型分析解

利用格子Boltzmann模型中的Chapman分析方法, 给出系列偏微分方程以及Chapman多项式的一般形式, 通过求解复Ginzburg-Landau方程的平衡态分布函数, 给出不同时间尺度上分布函数的表达式, 进而得到复Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann分析解.     

变系数Wave-Like方程的格子Boltzmann模型

用格子Boltzmann方法研究变系数wave-like方程, 构建了变系数wave-like方程的格子Boltzmann模型. 先运用该模型对二维和三维wave-like问题进行数值模拟, 再将格子Boltzmann数值解与其解析结果进行比较. 结果表明, 该方法可以用于模拟变系数wave-like问题.     

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.     

用LBM计算沟槽形状边界Couette流

采用动量转换方法,应用格子Boltzmann模型计算流体对边界的作用力,用二维六角形的格子Boltzmann模型计算沟槽形状边界的Coutte流动,得出沟槽形状边界的阻力。计算结果显示,沟槽形状边界的阻力系数随Re数的增大而减小,其变化规律与平板边界的情况一致。     

气体微尺度流动的格子Boltzmann模拟

采用反弹-镜面反射(BSR)组合边界格式的格子Boltzmann方法(LBM)对气体微尺度流动进行了模拟计算,模拟结果能够与已有的研究结果较好吻合.分析了BSR组合边界格式中比例系数的选取与Knudsen数的关系,研究结果表明,当Kn∈(002,016)时,比例系数随Knudsen数的增加呈现先减小后增大的趋势,当Knudsen数约在0055~0072范围内时,比例系数有最小值.在此基础上,对BSR组合边界格式中的比例系数进行了修正,明显改善了数值计算的结果,为微尺度气体流动的LBM模拟提供了参考.     

多孔介质振荡流格子-Boltzmann模拟

为研究多孔介质内振荡流流动特性,该文将格子-Boltzmann方法对多孔介质内的振荡流过程进行了数值研究.采用四参数方法构造了多孔介质结构模型,对多孔介质内的振荡流过程的模拟结果表明;多孔介质振荡流的最大压差随最大Renoylds数的增加而迅速增加,在Renoylds数小于100的范围内,最大阻力系数与最大Renoylds数呈反比例关系,与文献报道的实验结果一致;在孔隙率小于0.85范围内,压差与流速之间的相位差变化较小,孔隙率继续增加时,相位差随孔隙率的增加而线性降低.     

An analytical solution to Boltzmann equation of dilute granular flow with homotopy analysis method

The homotopy analysis method （HAM）, as a new mathematical tool, has been employed to solve many nonlinear problems. As a fundamental equation in non-equilibrium statistical mechanics, the Boltzmann integro-differential equation （BE） describing the movement of particles is of strong nonlinearity. In this work, HAM is preliminarily applied to dilute granular flow which is relatively simple. By choosing the Maxwell velocity distribution function as the initial solution, the concrete expression of the first-order approximate solution to BE with collision term being the BGK model is given. Furthermore it is consistent with the solution using Chapman-Enskog method but does not rely on little parameters.     

具势亚声速小扰动流动的格子Boltzmann模拟

给出一种新的用于模拟亚声速流小扰动下的格子Boltzmann模型, 通过使用Chapman Enskog展开和多尺度技术, 得到一系列的格子Boltzmann方程,给出了满足亚声速流小扰动线化方程的平衡态分布函数表达式. 数值结果表明, 这种方法能很好地再现经典理论结果.     

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．     

Simulation of mesoscale interfacial properties using the lattice Boltzmann method

We derive the mesoscopic interparticle potentials from macroscopic thermodynamics for van der Waals, Redlich-Kwong, and Redlich-Kwong-Soave equations of state and find that all these potentials are very similar to the Lennard-Jones potential. To in-vestigate the interfacial property at the mesoscale level, we incorporate free energy functions into the single-component multiphase lattice Boltzmann model and obtain the saturated density coexistence curves and interface mass density profiles across the interface using this method with different equations of state. The simulation results accurately reproduce the properties of equilibrium thermodynamics. Numerical results for single-component phase transitions indicate that a bubble-growth process is obtained and the equilibrium phase diagram is achieved at a given temperature. Bulk free energy, the interfacial energy coefficient, and other properties of nonequilibrium thermodynamic parameters, which are used to examine interfacial properties, are obtained in these simulations, and all these parameters are found to obey irreversible thermodynamics.     

圆柱绕流的LBM模拟

Lattice Boltzmann Method(LBM)是一种近年来发展的一种数值方法。它具有并行效率高,边界处理简单的特点。本文采用一种能对曲线边界进行较好处理的方法,用LBM对Re=100圆柱绕流进行了计算,计算结果和经典结果一致。进一步,对柱群间复杂流场做了模拟,结果表明,此方法在处理复杂边界是有效的,并且具有较好的并行效率。     

用LBM方法模拟壁面驱动粘性不可压半圆形空腔流

基于格子Boltzmann方法(LBM)数值模拟壁面驱动的粘性不可压半圆形空腔流. 采用具有二阶精度的曲线边界处理方法, 得到了不同雷诺数下的流线图、 涡线图及速度分量沿半圆形中心线的分布. 在小雷诺数的条件下, 流动状态仅由一个涡组成; 随着雷诺数的增加, 出现一个二级涡, 涡的大小与雷诺数有关. 数值结果表明, 格子Boltzmann方法简单有效, 适合处理该问题.