悬浮颗粒运动的格子Boltzmann数值模拟

将固体颗粒的牛顿力学和格子Boltzmann方法相结合,研究不规则形状悬浮颗粒在流场中的运动。通过受力分析,精确求得其所受合力、合力矩、合力作用中心等。提出了跟随颗粒运动的动网格计算域技术和模拟悬浮颗粒转动运动的局部数组方法及Euler-Lagrange两套坐标技术。通过对椭圆颗粒运动的数值模拟和对照他人对矩形颗粒的研究,分析了其复杂运动规律,并提供了合理的物理解释。结果表明:运用格子Boltzmann方法和上述特殊技术可以得到与有限元方法相同的模拟精度,且具有计算速度快、对复杂形状边界处理方便灵活、程序简单及特别适合大规模并行计算等优点。  

壁面约束对柱状粒子在牛顿流体中沉降影响的研究

格子Boltzmann方法(LBM)直接数值模拟了在有壁面约束的流场中柱状粒子的沉降。结果说明粒子在壁面的影响下，会离开管壁向管中心移动，移动速度先是增大，然后随着与管壁距离的增加，逐渐减小，粒子中心最后并不一定停留在管中心。随着粒子与壁面距离的增加，粒子的沉降速度将增大，可见壁面对粒子沉降有阻碍作用，平行于粒子轴线的壁面对粒子沉降的影响比垂直于粒子轴线壁面的影响大。  

建筑物周围流场格子Boltzmann仿真

基于格子BGK方程的三维15点格子Boltz-mann模型,对建筑物周围流场进行了数值仿真,对其流场的划分进行了分析,并对不同雷诺数下建筑物周围的流场进行了数值模拟计算,得到了比较满意的结果,为环境质量的评估提供了新的途径.  

Lattice Boltzmann方法应用实例--一维溃坝波模拟

通过分析Ｌａｔｔｉｃｅ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ（ＬＢ）方法的多尺度方程和一维浅水波方程，建立了计算一有渠非恒定流的ＬＢ模型，对一维溃坝波动这一典型应用实例进行了模拟分析，结果与Ｐｒｅｉｓｓｍａｎｎ隐格式及解析解十分一致，说明将ＬＢ方法引入实际的一维明渠非恒定流计算是可行的。  

用格子Boltzmann方法模拟液滴撞击固壁动力学行为

首次用格子Boltzmann方法中的伪势模型对液滴撞击固壁的动力学行为进行了数值模拟.详细研究了液滴在壁面上的流动状态以及各种因素对撞击过程的影响.通过数值模拟得到:壁面的可润湿性越小,液滴越容易发生反弹,液滴的回缩速度越快;液滴的撞击速度越大,所得到的相对直径越大,回缩速度越快;液滴的粘性越小,所得到的相对直径越大;液滴的表面张力越大,液滴越容易发生反弹现象.另外,液滴的最大相对直径与We数满足一定的线性关系,这些结果与前人的理论预测和实验结果完全吻合.  

Study on the interaction of sedimenting cylindrical particles in still fluid

The sedimentations of two cylindrical particles in three different initial relative positions are numerically simulated using the lattice Boltzmann method. The movement characteristics and particle interactions during their sedimentation are presented and discussed in detail. The results show that, (i) if the two particles are released parallel but separated horizontally, they push away each other, rotate inwards and separate horizontally as they fall; (ii) if the two particles are released parallel but separated vertically, the sedimentation behavior can be classified into three stages: trailing, tumbling and separating; (iii) if the two particles are released perpendicular but separated vertically, the sedimentation behavior can be characterized as: trailing and rotating, touching and sliding. In order to validate our simulation, experiments were also conducted and the results agree well with the numerical ones. The project supported by the National Natural Science Foundation of China for Distinguished Scholars (19925210)  

Multi-scale HPC system for multi-scale discrete simulation-Development and application of a supercomputer with 1 Petaflops peak performance in single precision

mputing mode. The preliminary applications of this machine in areas of multi-phase flow, molecular dynamics and so on are reported, demonstrating the supercomputer as a paradigm of green computation in new architecture.  

MEMS稀薄气体内部流动模拟中的信息保存法

首先综述了处理低速稀薄气体流动的一些方法: 线化Boltzmann方程方法、 Lattice Boltzmann方法(LBM)、加滑移边界的Navier-Stokes方程、以及 DSMC方法, 并讨论它们在模拟MEMS中过渡领域低速流动特别是内部流动所遇到的困 难, 其中表明了LBM现有方案不适合模拟过渡领域中的MEMS流动问题. 信息保 存(IP)法通过保存一个模拟分子所代表的大量分子的平均信息,克服了流速低 使得信息噪声比小而引起统计模拟的困难. 本文给出了方法的一些理论证实. MEMS中 内部流动的特点, 即流速低和大的长宽比的特点, 引起椭圆性问题, 即出入口边界 条件相互影响需要协调的问题. 通过对(长约几千微米的)微槽道流动应用IP方法的 算例,演示了采用守恒形式的质量守恒方程和超松弛法可成功地解决这一问题. 借 助同样的方法,用IP方法求解了真实长度(1\,000\,$\mu$m)硬盘驱动器读写头在过 渡领域的薄膜支撑问题, 压力分布与具有严格气体动理论基础的概括化Reynolds方 程完全相符, 而在此之前, DSMC方法只对短的读写头(5\,$\mu$m)与Reynolds方程 做了校验. 作者建议将原来用于求解读写头润滑问题的Reynolds方程退化来求解过 渡领域中的微槽道流动问题, 从而提供了一个有严格气体动理论品性的检验方法来 验证求解MEMS内部流动的各种方法.  

等离子熔射粉末颗粒飞行过程格子Boltzmann法仿真

为考察等离子熔射过程中粉末的飞行过程,本文在已开发的正六边形7-b it格子Bo ltzm ann(LB)方法等离子射流的温度场和速度场的计算模型基础上,采用单个颗粒加速方程,建立了一个随机算法,实现了对粉末颗粒在射流场中运动过程的仿真;计算结果通过动画演示了粉末飞行的全过程,表明初始位置越靠近射流场出口中心的粉末颗粒加速越充分,并且在射流场一定的情况下,减小粉末颗粒直径可以提高粉末速度,但会降低粉末利用率。  

用格子Boltzmann方法模拟Belousov-Zhabotinsky反应中的靶型波

构造了用于Belosov-Zhabotinsky反应的格子Boltzmann模型。通过对使用多组分的分布函数满足的格子Boltzmann方程，进行多重尺度Knudsen数展开，得到了模型的平衡态分布函数的各向同性解。作为算例，给出随机初始条件下反应区域内的靶型波的模拟结果，再现了Belousov-Zhabotinsky反应的经典结果。