绕圆柱流体的LB模拟

介绍一个流体动力学的格子Boltzmann并行模拟模型。用该模型模拟了流体动力学中的卡门涡街现象。利用计算机可视化技术该模型可动态显示流体流动状态的演化过程,便于分析各种流体动力学现象。     

分支通道内液-液自发渗吸规律研究

自发渗吸过程中两相界面在分支通道内的破裂和汇合为强非稳态过程, 难以用经典理论及常规数值计算方法准确描述。本文采用格子玻尔兹曼方法研究孔隙结构分支通道基本单元内的液-液自发渗吸行为, 对比出入口通道大小、两相黏度差异对液-液自发渗吸行为的影响。入口通道的大小对两相界面破裂进入分支通道内的竞争自发渗吸行为起控制作用, 而两相流体黏度控制了自发渗吸整体行为。本研究为复杂孔隙结构内液-液自发渗吸行为定量表征提供研究基础。     

彭水地区龙马溪组页岩渗吸规律及渗吸动态分布

渗吸作为压裂液在储层中的主要吸收方式, 是提高页岩气产能的重要驱动力。以重庆市彭水地区龙马溪组页岩为研究对象, 依次进行毛管力测试、不同条件下的渗吸实验及核磁共振实验。结果表明: ①页岩的渗透率与孔隙度极低, 以微孔和小孔为主, 基本无大孔, 孔隙结构较差; ②页岩渗吸过程分为三个阶段, 随着压力和温度的升高, 渗吸效果增强, 破胶压裂液的渗吸效果略强于未破胶压裂液, 表面活性剂和KCl溶液可以降低页岩渗吸能力; ③页岩渗吸的核磁共振T₂谱具有明显的双峰特征, 渗吸过程中, 中大的孔隙和裂缝在初期阶段就被液体瞬间充满, 极微的孔隙和裂缝首先被充填, 随后液体进入稍大的微孔隙和微裂缝, 在渗吸过程中页岩表面产生大量的微裂缝。     

川南龙马溪组页岩储层水相渗吸规律

基于川南龙马溪组页岩多重孔隙特征,建立渗吸解析模型,定量计算不同孔隙类型渗吸深度。在此基础之上,开展考虑页岩储层温度、围压、流体压力共同作用下的水相渗吸实验,分析页岩水相渗吸规律。结果表明：基于渗吸饱和度渗吸过程可分为3个阶段：渗吸扩散段、渗吸过渡段、渗吸平衡段,其中渗吸扩散段为渗吸能力主要贡献段。在焖井初期由于流体压力作用页岩渗吸能力大幅度提高,为后续自发渗吸作用提供了渗吸液体。储层围压对页岩渗吸能力有抑制作用,但仍能提高储层改造效果,孔隙度增加倍数范围为0.42倍~1.63倍,渗透率增加倍数范围为17.6倍~67.3倍。黏土孔渗吸深度远大于脆性矿物孔和有机质孔,粘土矿物为页岩水化作用诱导微裂缝主控因素。焖井有利于提高川南龙马溪组页岩储层改造效果。研究成果可为页岩气井返排制度优化提供依据。     

考虑渗透率张量的非均质油藏有限元数值模拟方法

针对具有混合边界的非均质油藏,考虑全张量形式的渗透率,建立弹性微可压缩单相流体不稳定渗流问题的数学模型.根据变分原理,将压力微分方程的边值问题转化为泛函的极值问题,建立渗流模型的有限元方程.针对典型的均质和非均质渗流问题进行模拟计算,得到油藏内压力动态分布曲线,并分析曲线特征.研究表明,有限元法计算精度很高,适用于求解利用渗透率张量表征的非均质油藏渗流问题.为非均质油藏的开发和精细油藏数值模拟提供了理论依据.     

一种新的模拟渗流运动的数值方法

根据格子Boltzmann方法及相关理论,建立了一个新的模拟渗流运动的数值模型,所得模型没有在边界上采取相应平均措施,同时还避免了一些非物理副产品的出现-实例计算数值结果与精确解符合较好,证明模型可靠-关键词：渗流格子Boltzmann方法数值模型     

非均质低渗透油藏非线性流动数值模拟

提出一种适用于非均质低渗透油藏非线性流动数值模拟的方法.通过引入单元边界压力和速度两组物理量,在单个网格单元中构造数值计算格式,可精确地获取每个网格单元的压力梯度.以单相非线性渗流问题为出发点,详细阐述该方法的基本原理;通过数值算例验证方法的正确性和适用性.     

欧拉计算程序实现非均质炸药冲击起爆的数值模拟

爆轰的数值模拟研究多采用Lagrangian方法，这是因为Lagrangian网格随质点运动，介质之间的界面用滑移面来描述，故能精确地计算介质的界面。但在遇到网格扭曲和网格变形时，计算往往无法继续进行，这时就要用到网格重分等技术，这无疑增加了人为干预和计算误差。Eulerian方法能计算大变形问题，但不能精确地描述物质的界面，对于模拟平面撞击实验，爆轰波在单种介质中传播，对物质界面几乎没有要求。所以，Eulerian方法在模拟此类问题较Lagrangian方法具有明显的优势。     

基于格子Boltzmann方法的超声速非平衡流模拟

基于D1Q4可压缩格子Boltzmann模型,按照流通矢量分裂方法的思路,采用坐标旋转技术构造求解三维带化学反应Navier-Stokes方程对流通量求解器.结合有限体积法求解三维化学非平衡流Navier-Stokes方程,采用时间算子分裂算法解决化学反应刚性问题,数值模拟超声速化学非平衡流的三个经典算例.数值结果表明:在高马赫数下,采用D1Q4可压缩格子Boltzmann模型构造的三维对流通量求解器数值模拟中没有出现非物理解,同时在超声速化学非平衡流场中正确分辨激波、燃烧波等物理现象,精度和分辨率均较高,验证了本文构造的三维对流通量求解器的可靠性,拓宽了D1Q4可压缩格子Boltzmann模型的应用范围,为计算超声速化学非平衡流提供一种新方法.     

用格子Boltzmann方法数值模拟三维空化现象

空化是一种微观、瞬时、随机、多相的复杂现象,其过程中所产生的极端条件以及伴随的一系列空化效应,将对液流系统产生破坏性和建设性两方面的作用.采用基于Shan-Chen模型的单组分多相流格子Boltzmann方法对水体中的三维空化现象进行了数值模拟,研究了低压下水体中气核半径与空化现象的相互关系,成功再现了低压下水体中微小气核发展成气泡的过程,并进一步研究了水体依次流经低压区、高压区时空化产生、发展、溃灭的全过程.数值模拟结果和理论预测结果符合良好.关键词：单组分多相流格子Boltzmann方法三维空化     

Test of the Possible Application of the Half—Way Bounce—Back Boundary Condition for Lattice Boltzmann Methods in Complex Geometry

The way of handling boundary conditions with simple bounce-back rule in the lattice gas and lattice Boltzmann method had been considered as one of the advantage compared with other numerical schemes,The half-way bounce-back rule inherits the advantage of the bounce-back rule and improves the accuracy to the second-order on flat boundaries,In this paper,we test the possible application of the half-way bounce-back rule to the system with complex geometry,Our simulation results show that the half-way bounce-back rule is a good boundary condition in the problems without emphasis on accuracy.     

A Multigrid-Solver for the Discrete Boltzmann Equation

This paper introduces a nonlinear multigrid solution approach for the discrete Boltzmann equation discretized by an implicit second-order Finite Difference scheme. For simplicity we restrict the discussion to the stationary case. A numerical example shows the drastically improved efficiency in comparison to the widely used Lattice–Bathnagar–Gross–Krook (LBGK) approach.     

基于改进格子Boltzmann焓法模型的霜层生长数值研究

采用介观尺度格子Boltzmann方法数值研究壁面的表面特性对霜层生长的影响.将成核概率模型和改进的焓法相变模型相耦合,建立基于成核概率理论的霜层生长过程格子Boltzmann模型.该模型能够在宏观尺度上模拟霜层生长的加密加厚过程,也可以从微观尺度上描述局部的冰枝生长导致的霜层结构的动态变化,应用该模型能够获得霜层平均厚度、平均密度、结霜量等内部非稳态物理量.开展冷壁面上霜层形成及生长过程的数值研究,获得霜层的拓扑结构时空演化特性,得到不同时刻下结霜量以及霜层的平均厚度、平均密度、平均固相体积分数,探讨冷壁面温度、相对湿度、冷表面浸润性能对结霜的影响.     

Boltzmann equation on a lattice: Existence and uniqueness of solutions

Cercignani, Greenberg, and Zweifel proved the existence and uniqueness of solutions of the Boltzmann equation on a toroidal lattice under the assumption that the collision kernel is bounded. We give an alternative, considerably simpler, proof which is based on a fixed point argument.     

Lattice Boltzmann simulation of transverse wave travelling in Maxwell viscoelastic fluid

A nine-velocity lattice Boltzmann method for Maxwell viscoelastic fluid is proposed. Travelling of transverse wavein Maxwell viscoelastic fluid is simulated. The instantaneous oscillating velocity, transverse shear speed and decay rateagree with theoretical results very well.     

格子Boltzmann方法求解Burgers方程

众所周知,格子方法（包括格子气和格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法）在计算物理领域取得巨大进展。与之形成鲜明对比,格子方法的数学理论始终处于停滞前的状况。为求解Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,一类带有ＢＧＫ模型格子方法被构造出来,经过变量替换,发现他们属于三层非性差分方法。使用极值原理,给出此类格式稳定性的严格证明,最后,从数值实验中可以看出,使用ＬＢＭ得到的结果,与经典二阶守恒差分方法的结果符合得非常好。     

一个新的用于不可压磁流体动力学的格子波尔兹曼模型

绝大多数现有的格子波尔兹曼磁流体动力学模型其实是用可压缩方法来模拟不可压磁流体。而这些可压缩效应在数值模拟中往往会带来意想不到的误差。在这篇文章中，我们提出了一个全新的可用于的不可压格子波尔兹曼磁流体动力学模型，并且进行了哈特曼流的数值模拟。模拟结果与哈特曼流的解析解非常吻合。这个方法需要一个假设条件来消除误差。我们做了大量的数值试验，并且与Dellar教授的模型进行了详细的分析与比较。     

Diffusion Lattice Boltzmann Scheme on a Orthorhombic Lattice

We present a diffusion lattice Boltzmann (DLB) scheme which is derived from first principles. As opposed to the traditional lattice BGK schemes the DLB is valid for orthorhombic lattices and it has two eigenvalues of the collision operator. It is shown that the diffusion coefficient depends only on one eigenvalue of the collision operator. Hence, the DLB scheme can be optimized with means of the additional eigenvalue of the collision operator and with different lattice spacing along the principal axes. The properties of the DLB scheme concerning consistency, stability, and accuracy are studied with eigenmode analysis. This analysis shows that the DLB scheme is consistent with diffusion for a wide range of diffusion coefficients, it has unconditional stability, and that it has third-order accuracy. Furthermore, it is shown that accuracy is improved by setting the additional eigenvalue to zero and by densifying the lattice spacing along the direction of the density gradient.     

Lattice-Boltzmann Simulation of Particle Suspensions in Shear Flow

Inclusion of short-range particle–particle interactions for increased numerical stability in a lattice-Boltzmann code for particle-fluid suspensions, and handling of the particle phase for an effective implementation of the code for parallel computing, are discussed and formulated. In order to better understand the origin of the shear-thickening behavior observed in real suspensions, two simplified cases are considered with the code thus developed. A chain-like cluster of suspended particles is shown to increase the momentum transfer in a shear flow between channel walls, and thereby the effective viscosity of the suspension in comparison with random configurations of particles. A single suspended particle is also shown to increase the effective viscosity under shear flow of this simple suspension for particle Reynolds numbers above unity, due to inertial effects that change the flow configuration around the particle. These mechanisms are expected to carry over to large-scale particle-fluid suspensions.     

磁流体流动与传热的格子Boltzmann模拟

考虑外加磁场下磁流体中纳米磁性粒子所受的各种作用力,建立了用于模拟磁流体流动与传热特性的两相格子Boltzmann模型,模拟了外加不同方向梯度磁场下平板间磁流体的流动与传热过程,计算了磁流体与平板间对流换热的Nusselt数,分析了磁场梯度方向、大小对Nusselt数的影响．