Schlogl模型的格子气研究

本文首次用格子气方法研究了Schlōgl模型。用Boltzmann方法推导出组份粒子满足泡利不相容原理时的反应动力学方程,计算机模拟结果显示了明显的多定态现象。     

模拟晶体生长的格子气自动机模型

用９速正方形格子气自动机模型模拟了不同密度、不同边界温度条件下晶体生长情况，得到了一些定性结果。     

格子气自动机模型的影响因素

以具有代表性的13－Bit格子气自动机模型为对象,通过大量的数值实验,分析了影响格子气自动机模型模拟结果的几个主要因素：迭代次数、赋值方式、统计次数及粒子密度。对13－Bit格子气自动机模型,沿主流方向赋初值需迭代300时步,沿所有方向随机赋初值需迭代3000时步,模拟才达到稳定;统计次数需在40时步以上;粒子密度需在1．0－3．0之间。分析这些影响因素对格子气自动机模型的深入运用奠定了基础。     

基于相关性的上海世界博览会行人流分析

拥挤环境下的行人流疏导与高效排队方法的研究对于应急疏导与社会安全有着重要意义。对上海世界博览会期间40个场馆的排队长度、时间数据的自相关特性,及场馆之间的相关特性进行了全面分析。研究发现,在访问量较高、平均排队长度较长的场馆,其客流一般呈现出较明显的正相关特性,特别是客流量达1 000左右的场馆,其表现出非常强的正相关性,而小流量场馆则有着很大的不确定性。访问量和自相关性之间的关系大致满足非中心卡方分布。此外,一些临近场馆之间的客流相关性斑图有着高度的相似性。这种基于相关性的讨论,有助于构建整个景点的客流斑图和行人流预测。     

基于格子气自动机的疏散仿真

在任何人为或自然造成的突发事件中,将人员疏散到安全的地方是首要的任务。在传统的格子气自动机的基础上提出一种新的模型,可以仿真人员密集场所中人员同时涌向出口时的群体行为。在这个模型中,人员被本能和他们所获得的信息来驱动,并在模型中加入了人员的心理因素、速度等级、出口等级,从而更好地模拟事故现场,达到最优的疏散效果。     

六方格子行人疏散元胞自动机模拟研究

在正六边形网格上建立六方格子行人疏散元胞自动机模型,模拟研究房间内的行人疏散过程,并在3种人员密度（O．1,0．3,0．5）下,比较分析六方子格模型与四方格子模型在房间出口宽度,行人平均速度和平均流量与疏散时间等参数下的差异。结果表明,在同样人员密度下,六方格子模型比四方格子模型平均疏散时间更短,行人疏散得更快,四方格子模型系统平均速度与平均流量比六方格子更大。行人在疏散过程中为了更快地逃离房间可以考虑往多个的方向运动,但是要最大限度地避免出现阻塞,并尽快减少出现阻塞的区域,这样才更有利于疏散。     

一种考虑人数分布特性的人员疏散格子气模型

紧急情况下（如火灾等）的人员疏散研究可以为减少人员伤亡提供科学指导,同时也可以为建筑设计提供实用的依据和方法．但是在实际的疏散分析中,往往不知道准确的待疏散人数,而只能得到一个大概的估计值．如何考虑人数不定带来的不确定性是人员疏散模型所关注的一个难点问题．文中基于格子气模型框架,结合平均场模型提出了一种考虑人数分布特性的人员疏散模型．该模型的特色在于：首先它可以根据人数估计值,通过一次模拟得出疏散人数的区间估计值,以及疏散出一定人数所需时间分布的区间估计,从而可以得到疏散人数与疏散时间的定量关系．其次该模型还可以分析人员的空间分布对疏散结果的定量影响,并分析其不确定性．     

稠密气固流动中的格子-确定性轨道模型

为模拟稠密两相流动中颗粒间真实碰撞过程及降低计算量,提出了格子-确定性颗粒轨道模型.模型用Lagrangian轨道法求解颗粒运动,并通过空间格子划分减少碰撞判断的次数.利用该模型成功模拟了二维稠密气固两相流动中的颗粒聚集现象.结果表明,模型能在合理误差范围内极大降低计算量,例如计算量降低为原模型1/99时,相对误差为17%,为模拟大尺度和复杂工况稠密两相流动奠定了基础.     

一种考虑人数分布特性的人员疏散格子气模型

紧急情况下(如火灾等)的人员疏散研究可以为减少人员伤亡提供科学指导,同时也可以为建筑设计提供实用的依据和方法.但是在实际的疏散分析中,往往不知道准确的待疏散人数,而只能得到一个大概的估计值.如何考虑人数不定带来的不确定性是人员疏散模型所关注的一个难点问题.文中基于格子气模型框架,结合平均场模型提出了一种考虑人数分布特性的人员疏散模型.该模型的特色在于：首先它可以根据人数估计值,通过一次模拟得出疏散人数的区间估计值,以及疏散出一定人数所需时间分布的区间估计,从而可以得到疏散人数与疏散时间的定量关系.其次该模型还可以分析人员的空间分布对疏散结果的定量影响,并分析其不确定性.     

潜意识效应的人群应急疏散研究

从行为建模思想出发,在Tajima格子气模型基础上,考虑不同空间环境下行人的潜意识行为,建立了具有潜意识效应的人群应急疏散格子气模型,用以刻画行人疏散过程中的偏向选择及决策行为。数值模拟研究了大厅内人群疏散的动力学行为,并探讨了潜意识行为作用空间大小、潜意识行为偏向强度、出口宽度、系统大小及人员密度等因素对人群疏散效率的影响。结果表明:拓展的格子气模型能够真实地再现疏散过程中出现的"成拱"现象;潜意识行为能够有效地提高人群的疏散效率;饱和流量和疏散时间对出口宽度具有确定的标度关系。     

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.     

气液两相区中平均速度和平均体积分率的全浮力数学模型

建立了底吹钢包中气液两相流的数学模型。这一模型可用于计算不同气体流量下,气液两相区内各截面处的平均速度和平均体积分率。数值计算表明,平均速度和平均体积分率都随高度的增大而减小,计算结果与有关实验结果相符。     

大型多孔氧枪喷头射流速度分布的数学模型

基于对超音速自由射流速度衰减、分布参数的新的研究结果，在单股射流流场一阶动量迭加的基础上，采用以射流中心线偏转所引起各点速度偏移和在多股射流相互作用区内引入抽引系数的两步修正法，建立起多股射流流场速度分布的数学模型。模型计算结果能较好地描述多股射流流场速度分布的特征，与实验结果较好符合。     

延迟概率和最大速度对交通流的影响

提出一种改进的单车道混合车辆元胞自动机交通流模型,考虑了车间距、车速对随机延迟概率的影响:当车速预期大于车间距时,其延迟概率较大;当车速预期等于车间距时,其相应的延迟概率较小;当车速预期小于车间距时,其具有的延迟概率最小.按此模型,通过计算机数值模拟,研究了具有不同最大行驶速度、不同随机延迟概率的车辆组成的混合交通流,得到的基本图在自由流区域出现跳变现象,在拥堵区域出现两个流量峰值,表明这是一种同步交通流现象.     

方法对于大粘度差两相流的模拟

为了模拟具有大粘度差的两相流,对Boltzmann(LB)方法中的伪势多组分模型进行了改进.伪势模型将粒子作用力转化为速度形式,再将其引入离散的LB方程.改进模型把力的添加形式变为将力离散处理后,引入离散的LB方程中,以此提高数值计算的稳定性.该模型能够比原伪势模型得到更小的虚假速度和更大的粘度差.通过对沥青-水的大粘度差两相流体和粘性指进现象的模拟,验证了改进模型的正确性和有效性.该模型具有较好的适用性,它能模拟的两相流体最大粘度差可达到4 510倍.     

一维量子格气模型中的孤子

得到了一维量子格气模型中的孤子解,给出了孤子的宽度、峰值、静止能量及有效质量．结果表明孤子的存在是有条件的,孤子的宽度、峰值及其能量依赖于最近邻粒子间的相互吸引能     

考虑后车影响的多速度差交通流模型

为了进一步提高交通流的稳定性,在多速度差模型的基础上考虑后车的影响提出一个扩展交通流模型. 本文应用线性稳定性理论方法,推导出新模型的线性稳定性条件,结果表明,相同初始条件下的交通系统,车辆的临界敏感系数值减小,增加了交通系统的稳定性. 在相同扰动条件下的数值仿真结果表明:在t=300 s时,FVD模型演化成阻塞交通流,而新模型吸收扰动速度快,达到稳定交通流状态形成自由流,说明向后观测行为能够有效地抑制交通堵塞.     

二维直角弯道中粘性流动的格子气体仿真

本文应用具有完备碰撞规则的格子气自动机,对二维的直角弯道中的粘性流动进行了仿真,给出了在计算机计算能力限制下。解决这个问题的具体方法及初步的计算结果。结果表明,仿真出来的流场,在总的流动趋势、涡旋以及分离现象上,较好地再现了真实流动。     

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。