三维间断伽辽金玻尔兹曼方法的完全匹配层吸收边界条件研究

为解决计算气动声学数值模拟中远场边界反射问题,在三维间断伽辽金有限元玻尔兹曼方法框架下应用完全匹配层算法构造了吸收边界条件,并采用了两种不同的离散求解公式。利用三维高斯脉动源数值案例测试了两种公式的有效性和稳定性,发现仅有一种公式既能有效衰减反射波又具有良好的稳定性;接着研究了影响完全匹配层算法无反射性能的若干因素,其中无反射性能采用归一化误差范数来衡量。研究表明:衰减因子总是存在最优值,且最优值仅与吸收层的参数有关,而与高斯脉动源自身参数无关,故所定义的归一化误差范数具有一定的普适性;当衰减因子采用幂函数分布律时,幂指数取2时无反射性能更好,取4时无反射性能随衰减因子变化更平缓;吸收层厚度和区域半径越大,无反射性能越好,但相应的计算量也显著提高。研究工作可为构造更加实用有效的无反射边界条件提供参考。     

基于格子玻尔兹曼方法的致密砂岩驱替模拟

基于数字岩心建模方法和格子玻尔兹曼方法,开展致密砂岩水驱模拟研究,分析致密砂岩水驱微观过程和机制。首先利用大庆油田龙虎泡地区高台子组致密砂岩CT扫描数据,建立三维数字岩心模型;然后利用Shan-Chen格子玻尔兹曼方法,建立油水两相驱替数值模型;之后对比分析不同注入速度和注入压力条件下驱替效率、换油率与驱替参数的关系,并给出致密砂岩三维微观孔隙尺度的驱替过程。结果表明:相同累积注入量条件下,提高水驱注入速度和驱替压差可以提高最终驱替效率;水驱注入速度和驱替压差存在驱替效率拐点;恒速水驱的平均最终驱替效率为49.6%,恒压水驱的平均最终驱替效率为47.3%。     

重力场内流体-纤维流固耦合分析

为了研究计及重力场的流体与柔性体耦合的动力行为,探究其动力学内在规律,基于格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)、浸入边界法(immersed boundary method,IBM)和动量交换原理(momentum exchange,ME)结合的ME-IBMLBM理论,采用有限差分法(finite difference method,FDM)对二维空间里受重力场影响的单根柔性纤维在均匀流场中的运动特性进行了数值模拟,探究了不同流体速度(U_0)、纤维长度(L_x)和线密度(M)下单根柔性纤维在多场耦合作用下的动态响应。研究结果表明,在一定的U_0、L_x、M条件下,一端固定柔性纤维运动在多场耦合作用下有稳态与非稳态两种基本运动形式,与实际情况相符。根据模拟数据分析,发现纤维可在以下三种多场耦合模型中呈现稳态运动:(1)若U_0=0. 02、L_x=30,M应小于0. 2;(2)若M=0. 25、U_0=0. 02,L_x应小于26;(3)若M=0. 3、L_x=36,U_0应大于0. 06。     

无机钙钛矿材料力学及电子输运性质调控研究

应用第一性原理并结合玻尔兹曼输运理论系统研究了无机钙钛矿CsBX3(B=Ge,Sn,Pb;X=C1,Br,I)热电材料的力学性质和电子输运性质.结果 表明:通过改变X位卤族元素及B位金属元素原子种类,可较好调控无机钙钛矿材料的力学及电子输运性质;随着X位卤族元素原子半径的逐渐减小,无机钙钛矿材料力学性质参数(体积模量、...     

部分渗透格子玻尔兹曼流动及渗透率模拟计算

致密油储集岩的三维微观结构表征是一个跨越6个以上空间尺度(从纳米到米)的问题,较小尺度可达纳米级。现有的数字岩芯技术,对于该类储集岩的微观结构表征都存在一定的技术限制。因此需要使用数据约束模型(DCM)来对该类样品的微观结构进行表征。该模型可以在CT可解析尺度下预测出每个体素内各组分的体积比例分数,从而获得低于CT可解析尺度的小尺度结构信息。然而现有的格子玻尔兹曼模型难以在由DCM获得的部分孔隙体素中进行流动模拟,所以模拟结果也难以正确反映致密油的渗流特性。针对该问题,在常规的部分反弹格子玻尔兹曼模型中引入了一个定义在体素上的有效渗透系数,使得部分反弹格子玻尔兹曼模型可以对含有部分渗透体素的多孔介质进行流动模拟。文中首先利用数据约束模型(DCM)对砂岩和致密砂岩样品的微观结构进行了表征,得到了各组分在每个体素中的体积比例分数。然后利用得到的体积分数对每个体素的有效渗透系数进行了估计,并利用前面提到的改进模型对各个样品中流体的流动进行了模拟,得到了流体在各个样品中的流动速度分布。最后基于流动速度分布,对各样品的渗透率进行了计算和分析。该方法也适用于其他类型储集岩的流动模拟与分析。     

高温等离子体相变的热力学判据分析

从电子的玻尔兹曼分布函数出发,理论分析了热力学平衡状态下高温等离子体中电子化学势的变化.研究结果表明,物质由气态转变为高温等离子体态不满足吉布斯自由能判据,也不属于一级相变范畴.此外,根据电子费米分布函数的热力学理论分析结果表明,高温聚变等离子体仍较好地满足经典热力学统计描述.     

玻尔兹曼常量测量中数据处理方法的讨论

文章结合玻尔兹曼常量测量的数据处理，分析对比了曲线拟合方法和拟合结果，以及如何减小由测量数据引起的系统误差，并讨论了如何利用计算机处理数据和温度对实验结果的影响．     

等温气压公式的力学推导方法

用力学的方法推导等温气压公式，并解决玻尔兹曼分布不能处理的几种情况．     

浅论热学中几个常量的物理意义

中从不同角度讨论了热学中两个物理常量-普通气体常量和玻尔兹曼常数的物理定义，更深地揭示了其内涵。     

量子统计向经典统计过渡的条件

从三种统计分布出发，讨论量子统计向经典统计过渡的条件，也即经典统计适用的物理条件。常温或高温下的原子、分子可以用经典统计，高密度下的电子，即使温度较高，也应使用费未分布计算。