气体动理学格式模拟多孔介质流动的可行性

将气体动理学格式（GKS）拓展到模拟多孔介质内的低速渗流,并检验在孔隙尺度上模拟不可压缩低速流动的可行性与有效性.结果表明：GKS具有二阶空间精度,能够较精确地计算多孔介质的渗透率;相比于单松弛格子玻尔兹曼方法,GKS能够精确实现壁面无滑移边界条件,从而正确反映渗透率与黏性无关的特性;对于Berea砂岩切片结构中的复杂流动,模拟结果与实验吻合较好,能较精确地计算渗透率.给出GKS模拟达西渗流的马赫数选取准则,为研究多孔介质流动提供新的工具.     

精细平衡气体动理学格式

流体系统在重力作用下，流体压力可与重力相平衡，达到静力平衡状态.常规的有限差分和有限体积方法无法在离散尺度上保持这种平衡态，常常产生虚假速度等非物理现象.通过将重力源项的体积分改写为网格界面值的加权平均，实现离散条件下压力与重力的精细平衡，得到一种Navier-Stokes （NS）方程的精细平衡气体动理学格式.该格式可以在机器精度上精确地保持等温条件下的静力平衡态以及捕捉平衡态附近的小扰动传播.同时，该格式还能求解自然界中更常见的非等温平衡态.此类平衡态除了要求静力平衡还要求热流平衡.利用提出的格式求解NS方程，可以得到静止（机器精度下的零速度）的非等温平衡态，并且密度和温度分布都具有二阶精度.通过多个算例验证格式的有效性，表明该格式可更好地模拟重力场下的温度、密度的分层流动.     

从噪声数据学习偏微分方程的复合神经网络

提出一种名为NN-PDE(neural network-partial differential equations)的复合神经网络方法, 用于噪声数据预处理和学习偏微分方程。NN-PDE用一套神经网络负责数据预处理, 另一套网络耦合备选的方程信息, 进而学习潜在的控制方程。两套网络复合为一套网络, 可更加高效地处理噪声数据, 有效减小噪声的影响。使用NN-PDE学习多种物理方程(如Burgers方程、Korteweg-de Vries方程、Kuramoto-Sivashinsky方程和Navier-Stokes方程)的噪声数据, 均可获得准确的控制方程。     

Correlation dimension analysis and capillary wave turbulence in Dragon-Wash phenomena

This paper describes the evolution of surface capillary waves of deep water excited by gradually increasing the lateral external force at a single frequency. The vertical velocities of the water surface are measured by using a Polytec Laser Vibrometer with a thin layer of aluminium powder scattering on the surface to reflect the laser beam. Nonlinear interaction processes result in a stationary Fourier spectrum of the vertical surface velocities （the same as the surface elevation）, i.e. Iω -ω^-3-5. The observed spectrum can be interpreted as a wave-turbulent Kolmogorov spectrum for the case of ‘narrowband pumping＇ for a direct cascade of energy. Correlation dimension analysis of the whole development process reveals four distinct stages during the wave structure development and identifies the wave turbulence stage.     

多孔介质中非等温互溶流体驱替过程的格子Boltzmann研究

利用格子Boltzmann方法,在孔隙尺度上对多孔介质内非等温混溶驱替过程进行数值研究,定量分析温度粘性膨胀系数（β_T）以及路易斯数（Le）对界面不稳定性和驱替效率的影响.结果表明：随着β_T的增大,界面不稳定性增强,驱替效率降低.当β_T>0时,随着Le的增大,界面不稳定性减弱,驱替流体与被驱替流体之间的界面趋于平缓,指尖残余率减小,驱替效率增大.当β_T<0时,Le对于驱替效率的影响相反.     

微孔中反应流体黏性指进混合过程的数值研究

基于国家数值风洞LBM模块和自编程序，本文在孔隙尺度下对微孔中两种可混溶溶液的黏性指进反应混合过程进行了数值研究。针对两种溶液之间的化学反应以及产物的析出，本文重点研究化学反应速率、固态生成物的成核速率以及聚集速率对黏性指进的影响。研究发现：反应会明显改变黏性指进的界面浓度分布，一方面随着反应速率的增加，指进界面处各组分的变化越来越明显；另一方面由于受到扩散作用的限制，当反应速率增大到一定值后，各组分的平均浓度不再发生变化；产物的生成量与反应速率成正相关，与成核速率和聚集速率成负相关；析出的固相组分的浓度与成核速率和聚集速率成正相关；混合长度主要和反应速率相关，成核速率以及聚集速度的改变对混合长度基本没有影响。