Discrete Boltzmann Method with Maxwell-Type Boundary Condition for Slip Flow

The rarefied effect of gas flow in microchannel is significant and cannot be well described by traditional hydrodynamic models. It has been known that discrete Boltzmann model(DBM) has the potential to investigate flows in a relatively wider range of Knudsen number because of its intrinsic kinetic nature inherited from Boltzmann equation.It is crucial to have a proper kinetic boundary condition for DBM to capture the velocity slip and the flow characteristics in the Knudsen layer. In this paper, we present a DBM combined with Maxwell-type boundary condition model for slip flow. The tangential momentum accommodation coefficient is introduced to implement a gas-surface interaction model.Both the velocity slip and the Knudsen layer under various Knudsen numbers and accommodation coefficients can be well described. Two kinds of slip flows, including Couette flow and Poiseuille flow, are simulated to verify the model.To dynamically compare results from different models, the relation between the definition of Knudsen number in hard sphere model and that in BGK model is clarified.     

燃烧系统的离散Boltzmann建模与模拟研究进展

燃烧系统的诸多模拟依托于流体建模, 离散Boltzmann方法(discrete Boltzmann method, DBM) 是近年来发展起来的一种新的流体介观建模方法. 本文简要评述DBM发展的两个方向——Navier-Stokes等偏微分方程的数值逼近解法和复杂系统的微介观动理学建模. 主要介绍在燃烧系统模拟方面DBM已有的工作、新近的思路、与传统流体建模的异同以及近期的研究成果. 本文重点传递的信息为: 作为复杂系统微介观动理学建模出现的DBM在模拟过程中同时给出“流动”及其相伴随的、关系最密切的那部分“热动”非平衡效应; 它为燃烧等复杂系统中各类非平衡行为的描述、非平衡信息的提取、非平衡程度的度量提供了一种简洁、有效的方法; 它所提供的热动非平衡测量量有两类: 一类是直接比较分布函数和平衡态分布函数的动理学矩关系得到的, 一类是来自于Chapman-Enskog多尺度分析给出的热传导和黏性项. 基于第二类DBM, 可以实现(燃烧等)一大类复杂流体系统的多尺度物理建模.     

爆炸与冲击动力学若干问题研究进展

介绍了爆炸与冲击动力学数值模拟领域近几年的研究重点及主要进展.包括材料本构关系、损伤破坏、冲击相变、射流和微喷等,其中材料本构关系的发展比较系统,有几个典型的模型可以参考,不仅应用广泛,而且有实验数据进行检验和对比.损伤模型只有唯象模型,虽然有不同的物理机制,但缺少直接的实验依据.射流的工程应用比较广泛,理论研究比较缺乏.微喷研究基本停留在定性阶段.随着实验技术及测量手段的发展,相关领域取得了一些令人欣慰的进展.     

冲击条件下含纳米空洞的单晶铜的塌缩

利用分子动力学方法研究了单晶铜中不同大小的球形空洞在冲击波下的演化过程.模拟结果表明不同大小空洞的塌缩过程不同.模拟中冲击波由空洞左边扫向空洞右边.在较大尺寸的空洞塌缩过程中会产生系列的位错环.当空洞半径较小时，先在空洞的右侧形成位错环，当空洞半径增大到某一临界大小时，在空洞左右两侧同时产生位错环，当空洞半径较大时，先在空洞左侧形成位错环.当空洞左右两侧的位错环均形成以后，其右侧位错环前端的生长速度大于其左侧的.空洞半径增大，相应的位错环前端的生长速度变化不大.当空洞半径增大时，空洞中心指向位错源的矢量方 关键词： 纳米空洞 位错环 冲击波 塑性变形     

一个高效的离散Boltzmann爆轰模型

构建一个适用于爆轰过程模拟的离散Boltzmann模型.该模型由一个离散Boltzmann方程和一个唯象反应率方程构成;在物理建模上,它等效于一个传统Navier-Stokes模型外加一个关于热动非平衡行为的粗粒化模型.与传统流体模型相比,它能够提供更多的动力学和动理学信息.该模型采用16个离散速度,相比于使用33个离散速度的模型具有更高的运算效率,模型中引入了额外自由度,通过调节额外自由度的数目,可以模拟各种不同比热比的爆轰.采用爆轰问题中的一些经典算例对所建立的模型进行数值验证.结果表明:该模型不仅对传统流体模型所能模拟的爆轰问题有效,而且能够用于一些传统流体模型不能描述的非平衡过程,有利于对爆轰问题的深入研究.     

用变分法研究FK模型的量子特性

到目前为止，人们对ＦＫ模型和ＣＩ相变的量子效应知之甚少。本文提供了一种适用于这方面研究的有效方法－－变分法。     

A One-Dimensional Discrete Boltzmann Model for Detonation and an Abnormal Detonation Phenomenon

A one-dimensional discrete Boltzmann model for detonation simulation is presented. Instead of numerical solving Navier-Stokes equations, this model obtains the information of flow field through numerical solving specially discretized Boltzmann equation. Several classical benchmarks including Sod shock wave tube, Colella explosion problem,and one-dimensional self-sustainable stable detonation are simulated to validate the new model. Based on the new model,the influence of negative temperature coefficient of reaction rate on detonation is further investigated. It is found that an abnormal detonation with two wave heads periodically appears under negative temperature coefficient condition.The causes of the abnormal detonation are analyzed. One typical cycle of the periodic abnormal detonation and its development process are discussed.     

一个三维多松弛时间全速域格子Boltzmann模型

构建一个既适用于低速不可压流体又适用于高速可压缩流体的三维自由参数多松弛时间格子Boltzmann模型.模型中，根据SO（3）群的不可约表述基函数构造转化矩阵，根据恢复可压Navier-Stokes方程的需要选取非守恒矩平衡值.通过von Neumann稳定性分析模型参数对数值稳定性的影响，并给出建议选择范围.模型经过基准问题的验证，模拟结果与解析解及其它数值结果符合较好.     

不公度相及公度-不公度相变:一维情形

本文通过Ｆｒｅｎｋｅｌ Ｋｏｎｔｏｒｏｖａ（ＦＫ）模型评述了凝聚态物理中的一个重要课题：不公度相和公度 不公度（ＣＩ）相变。论述主要集中在一维情形,对不公度相和ＣＩ相变的概念、物理图象、产生机制、研究背景、研究目标和意义进行了必要的介绍;概述了早期、近期和现代研究过程中一些典型的基本理论和方法;对标准ＦＫ模型及原子间势为凸函数的ＦＫ模型、经典非凸ＦＫ模型、ＦＫ模型的量子效应、一维双原子链ＦＫ模型、ＦＫ模型向二维和三维的推广、ＣＩ相变的有限温度效应等专题的研究进展作了概述,并指出了一些有待进一步探讨的课题。