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.     

多相非牛顿流体驱替过程的格子Boltzmann模拟

将非牛顿流体模型引入多相格子Boltzmann方法（LBM）,研究多相非牛顿流体的驱替过程.首先以牛顿流体驱替过程作对照,比较非牛顿流体的驱替特性.然后基于简单结构模型,分析不同界面张力下,非牛顿流体的驱替能力和驱替过程中被驱替相的形态变化规律,揭示界面张力的影响机理.结果表明：界面张力在驱替过程中起阻碍作用,其它参数相同情况下,界面张力越低,流体的驱替能力越强.最后,结合四参数随机生长（QSGS）结构生成方法,模拟不同压差、不同界面张力以及不同润湿性条件下多孔复杂结构内的非牛顿多相驱替过程,分析这些参数对过程的影响.     

微通道内气体流动的格子Boltzmann方法研究

采用格子Boltzmann方法模拟了微通道在滑移区内不同Knudsen数下的微气体Poiseuille流,分析了微气体流动的速度分布以及流量与压降的关系,并给出了相对滑移长度和Poiseuille数随Knudsen数的变化特性。研究结果表明,微气体Poiseuille流的速度轮廓呈抛物线分布,但是边界速度大于0,出现速...     

多孔介质内混溶流体间粘性指进现象的格子Boltzmann模型

提出一个模拟多孔介质内混溶流体间粘性指进现象的格子Boltzmann模型.采用双分布函数分别求解压力场和浓度场.在浓度场平衡态分布函数中引入与浓度扩散相关的参数.通过调节参数,使粒子碰撞过程中的松弛时间保持恒定.模拟了粘度相同的流体间的混相驱替问题.不同网格下的模拟结果均与解析解吻合良好,验证了模型的可行性.进一步研究粘度比和贝克莱数(Pe)对粘性指进现象的影响.结果显示,增大粘度比会促进"手指"的增长.当粘度比不变时,存在Pe的临界值.当Pe超过临界值时,"手指"前缘会出现分裂现象.对横向平均浓度场的研究显示,混合区域的长度随时间的变化分为两个阶段,它首先随着t^1/2成线性增长,然后随着t成线性增长.     

多孔介质中含溶解反应的互溶驱替过程格子Boltzmann研究

采用格子Boltzmann方法研究了孔隙尺度下多孔介质内含流固溶解反应的互溶驱替过程,重点研究了被驱替流体与驱替流体黏性差异较大的情况下,溶解反应引起的多孔介质内部结构变化对驱替过程的影响;定量分析了不同达姆科勒数及佩克莱数下多孔介质孔隙率和驱替过程驱替效率随时间的演变.研究结果表明:达姆科勒数较大时,溶解反应的发生会在多孔介质内部生成虫洞,导致一部分被驱替流体不能被波及,驱替流体沿虫洞离开多孔介质,造成驱替效率的减少.在此基础上,随着达姆科勒数的增大,孔隙率变化越大,生成的虫洞越宽,最终驱替效率变大,但仍小于无溶解反应时的驱替效率;随着佩克莱数的增大,指进增长速度越快,孔隙率变化越小,驱替效率越小.     

微多孔介质非牛顿流体格子Boltzmann模拟

根据修正Blake-Kozeny方程对Herschel-Bulkley模型的非牛顿流体在微多孔介质中流动的定量描述,通过增加外力项建立了非牛顿流体在宏观多孔介质中的格子Boltzmann模型,并将该模型应用到平板多孔介质中非牛顿流体的电渗驱动流模拟。对多孔介质渗透性参数和非牛顿流体流变性参数的影响进行模拟和分析,获得了各种参数对多孔介质中非牛顿流体流动速度的影响规律。     

声悬浮过程的格子Boltzmann方法研究

采用轴对称多弛豫时间格子Boltzmann(LB)方法,研究了圆柱形封闭谐振腔中圆盘形样品的声悬浮过程.模拟结果表明,(001)模式下谐振腔的共振长度L=0.499λ,在谐振腔中心引入样品后共振漂移量δL≈-0.9,这与线性声学理论计算结果基本相符.声悬浮力的LB模拟过程包含了黏滞性效应和共振漂移效应,所获得的模拟结果与理论公式计算值在量值上一致,而且其在细节上更符合实验现象.此外,LB模拟还揭示出了声悬浮过程中的声压波形畸变、声流和声辐射压等非线性声学效应.     

多孔介质内溶解与沉淀过程的格子Boltzmann方法模拟

本文采用格子Boltzmann方法模拟了多孔介质内的溶解和沉淀现象, 并分析了雷诺数、施密特数、达姆科勒数对多孔介质孔隙结构及浓度分布的影响. 结果表明: 对于多孔介质内的溶解(沉淀)过程, 当雷诺数越大时, 孔隙率越大(小), 平均浓度值越小(大); 当达姆科勒数或施密特数较小时, 溶解和沉淀过程均受反应控制, 此时反应在多孔介质的固体表面较为均匀的发生; 当达姆科勒数或施密特数较大时, 溶解和沉淀过程均受扩散控制, 此时反应主要发生在上游及大孔隙区域.     

微通道中气体流动的格子Boltzmann数值模拟

采用可压缩格子Boltzmann模型及非平衡外推边界条件,数值模拟微通道中的气体在滑移区域(Kn≤0.1)内的流动,计算结果包括出口速度剖面、通道中心压力分布以及质量流率等,与理论结果及其他实验结果符合得很好.还模拟了180°弯曲通道中的气体流动.结果表明,滑移速度的存在抑制了边界层的分离,因此在弯曲处不存在漩涡.计算结果还表明,弯道的存在显著影响了气体的质量流率.     

液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟

本文采用格子Boltzmann方法对液滴撞击液膜过程进行了研究, 主要考察了雷诺数(Re)、韦伯数(We)、相对液膜厚度 (h) 以及表面张力 (σ) 等物理参数对界面运动过程的影响. 首先, 随着Re数和We数的增加, 可以明显观察到液滴撞击液膜过程中形成的皇冠状水花以及卷吸现象; 当Re数较大时, 液体会发生飞溅, 由液体飞溅形成的小液滴则会继续下落, 并与液膜再次发生碰撞. 其次, 当相对液膜厚度较小时, 液滴撞击液膜并最终导致液膜断裂; 然而随着相对液膜厚度的增大, 尽管撞击过程溅起的液体会越来越多, 但是液膜并不会发生断裂. 再次, 随着表面张力的增大, 界面变形阻力增大, 撞击过程中产生的界面形变也逐渐减弱. 最后还发现皇冠(由液滴溅起形成)半径r 随时间满足r/(2R) ≈ α√Ut/(2R), 这一结果与已有结论是一致的.     

Lattice Boltzmann simulation of fluid flows in two-dimensional channel with complex geometries

Boundary conditions (BCs) play an essential role in lattice Boltzmann (LB) simulations. This paper investigates several most commonly applied BCs by evaluating the relative L₂-norm errors of the LB simulations for two-dimensional (2-D) Poiseuille flow. It is found that the relative L₂-norm error resulting from FHML's BC is smaller than that from other BCs as a whole. Then, based on the FHML's BC, it formulates an LB model for simulating fluid flows in 2-D channel with complex geometries. Afterwards, the flows between two inclined plates, in a pulmonary blood vessel and in a blood vessel with local expansion region, are simulated. The numerical results are in good agreement with the analytical predictions and clearly show that the model is effective. It is expected that the model can be extended to simulate some real biologic flows, such as blood flows in arteries, vessels with stenosises, aneurysms and bifurcations, etc.     

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.     

用晶格玻尔兹曼方法研究颗粒在涡流中的运动

用晶格玻尔兹曼方法研究小颗粒在涡流中的运动.涡流由流经空腔的流体产生.用动量交换法和压力张量积分法计算颗粒在涡流中的运动轨迹、速度和角速度.最后用张量积分法计算两个不同半径的颗粒在涡流中的运动. 关键词： 晶格玻尔兹曼方法 涡流 颗粒     

用晶格玻尔兹曼方法研究微结构表面的疏水性能

将固体表面分别近似为具有简单的周期性矩形、三角形和半圆形微粗糙结构表面,建立了两相流的晶格玻尔兹曼模型.通过测量不同微粗糙结构表面上液滴的接触角,探讨微结构形状和尺寸的改变对固体材料表面疏水性能的影响.最后,由流体在各种糙壁管中的速度滑移,验证了结论的正确性.     

Lattice Boltzmann simulation for the energy and entropy of excitable systems

The internal energy and the spatiotemporal entropy of excitable systems are investigated with the lattice Boltzmann method.The numerical results show that the breakup of spiral wave is attributed to the inadequate supply of energy,i.e.,the internal energy of system is smaller than the energy of self-sustained spiral wave.It is observed that the average internal energy of a regular wave state reduces with its spatiotemporal entropy decreasing.Interestingly,although the energy difference between two regular wave states is very small,the different states can be distinguished obviously due to the large difference between their spatiotemporal entropies.In addition,when the unstable spiral wave converts into the spatiotemporal chaos,the internal energy of system decreases,while the spatiotemporal entropy increases,which behaves as the thermodynamic entropy in an isolated system.     

热对流条件下颗粒沉降的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法模拟了在热对流条件下的颗粒沉降问题, 在研究单颗粒在等温流体、热流体和冷流体中运动的基础上, 进一步模拟了两个不同温度的颗粒在流体中的沉降.结果表明:两等温颗粒的沉降方式与雷诺数Re以及格拉晓夫数Gr密切相关, 而两不同温度的颗粒与两等温颗粒的沉降规律有显著不同.无论初始位置如何, 冷颗粒最终总位于热颗粒下方运动, Re较大时, 发生连续的拖曳、接触现象, 而Re较小时, 冷颗粒会以较大的沉降速度远离热颗粒. 关键词： 格子Boltzmann方法 颗粒沉降 热对流