微通道内反应流体粘性指进的数值研究

采用格子Boltzmann方法数值模拟化学反应中混溶流体在微通道中的粘性指进现象.模拟采用单浓度变量的双稳态化学反应模型,重点研究指进的形态位置随化学反应速率和稳态浓度参数（即无化学反应发生的界面浓度）的变化.结果表明：随着反应速率的增加,指进界面变薄;而稳态浓度参数的变化则影响反应区的分布以及反应速率,导致指进形态以及位置的改变,甚至出现指尖液滴分离.     

复杂微通道内非混相驱替过程的格子Boltzmann方法

本文采用改进的基于伪势模型的格子Boltzmann方法研究复杂微通道内的非混相驱替问题.这种方法克服了原始伪势模型中计算结果对网格步长的依赖.首先用Laplace定律验证模型的正确性,然后用该方法研究壁面润湿性、粗糙结构、黏性比以及距离对非混相驱替过程的影响.模拟结果表明:与壁面粗糙结构和黏性比相比,壁面润湿性的影响是决定性的因素.随着接触角的增加,驱替效率增加,当接触角大于某一值后,驱替效率不再变化;随着黏性比的增加,驱替效率增加;而壁面粗糙性对驱替过程的影响较复杂,只有凸起半圆的半径在一定范围内增加时,驱替效率增加;距离较小时将促进驱替过程.     

Couette流和空腔粘性流的格子Boltzmann方法模拟

采用１３速六方格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程研究Ｃｏｕｅｔｔｅ流和空腔粘性流,模拟了在Ｐｒ＝０．９１,Ｒｅ＝１００,５０００,及Ｐｒ＝０．９１,１,１．２５而Ｒｅ＝３０００情总下Ｃｏｕｅｔｔｅ流流场的速度、温度分布,研究了热输运过程;同时用该模型拟了高雷诺数的空腔粘性流流场演化稳定后,形成的涡旋的形状及腔内温度分布情况。     

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.     

致密多孔介质中气体渗流的格子Boltzmann模拟

为了能用格子Boltzmann方法来正确地刻画致密多孔介质中微尺度流动问题,对单通道模型进行推广,并将其应用于孔隙群里气体渗流的数值模拟.通过对部分具有代表性的多孔介质中的实际流动问题进行模拟,研究渗透率与平均压力和Knudsen数之间的相互关系.基于理论分析及相关文献中的试验结果,验证模拟结果,为用格子Boltzmann方法深入研究气体渗流问题奠定基础.     

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。     

粘性空腔流的格子Bcltzmann方法模拟

利用１３ 速六方格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ 方法模拟了粘性空腔流中流速、密度及温度的分布情况，并考察了当τ＝ ０－６３８６ 时，流场分布的不稳定性     

多孔介质内交变流动与换热的格子Boltzmann研究

针对制约脉冲管制冷机效率提高的蓄冷器内交变流动与换热问题,本文使用格子Boltzmann方法计算并分析了多孔介质内交变流动与换热特性。结果表明,交变流动压力波振幅对速度与压力和温度间的相位差的影响很小;通道界面处速度与压力的相位差在某一孔隙率下有一极小值;多孔介质内最大阻力系数与雷诺数的关系可以为设计蓄冷器时填料结构的...     

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.     

多孔介质中化学反应对非等粘流体混合过程影响的格子Boltzmann研究

利用格子Boltzmann方法和GPU计算技术,在孔隙尺度上模拟多孔介质中包含界面化学反应的粘性指进现象,定量分析化学反应对流体混合的影响.采用单浓度变量的双稳态模型来描述界面反应,而各向同性的多孔介质则通过四参数法生成.研究发现化学反应能减小指进界面厚度,抑制流体的混合,甚至会出现反混合现象,并且随着反应速率的增加,影响越明显.     

基于格子Boltzmann方法的多孔介质流动模拟GPU加速

利用NVIDIA CUDA平台,在GPU上结合稀疏存贮算法实现基于格子Boltzmann方法的孔隙尺度多孔介质流动模拟加速,测试该算法相对基本算法的性能.比较该算法在不同GPU上使用LBGK和MRT两种碰撞模型及单、双精度计算时的性能差异.测试结果表明在GPU环境下采用稀疏存贮算法相对基本算法能大幅提高计算速度并节省显存,相对于串行CPU程序加速比达到两个量级.使用较新构架的GPU时,MRT和LBGK碰撞模型在单、双浮点数精度下计算速度相同.而在较上一代的GPU上,计算精度对MRT碰撞模型计算速度影响较大.     

Lattice Boltzmann方法模拟多孔介质Klinkenberg效应

格子Boltzmann数值模拟方法是研究复杂的多孔介质结构特别是Klinkenberg效应的有效方法之一，对处理复杂边值问题尤其有效，用格子Boltzmann方法研究了气流穿越多孔介质问题，并将数值计算结果与实验结果进行了比较，结果表明格子Boltzmann方法是数值模拟气流穿越多孔介质问题的有效方法之一。     

激励介质中非线性化学波的格子Boltzmann模型

构造了用于非线性化学波的格子Boltzmann模型.通过设置无对流速度场,使用多重尺度和Chapman Enskog展开,得到了平衡态分布函数的各向同性解.算例考虑了用划痕起搏,在ε²尺度上给出了Selkov系统的模拟结果,再现了远离热力学平衡态的螺旋波结构的经典结果,并与传统数值方法及实验结果进行了比较.     

Extended Lattice Boltzmann Model

Conventional lattice Boltzmann models for the simulation of fluid dynamics are restricted by an error in the stress tensor that is negligible only for small flow velocity and at a singular value of the temperature. To that end, we propose a unified formulation that restores Galilean invariance and the isotropy of the stress tensor by introducing an extended equilibrium. This modification extends lattice Boltzmann models to simulations with higher values of the flow velocity and can be used at temperatures that are higher than the lattice reference temperature, which enhances computational efficiency by decreasing the number of required time steps. Furthermore, the extended model also remains valid for stretched lattices, which are useful when flow gradients are predominant in one direction. The model is validated by simulations of two- and three-dimensional benchmark problems, including the double shear layer flow, the decay of homogeneous isotropic turbulence, the laminar boundary layer over a flat plate and the turbulent channel flow.     

基于格子Boltzmann大密度比模型的多孔介质内气泡动力学行为数值模拟

基于格子Boltzmann两相流大密度模型,研究气泡穿过多孔介质的动力学行为.研究发现:当孔隙率较大时,气泡只变形不破裂,能完整地通过多孔介质;而孔隙率较小时,气泡变形更加剧烈且发生破裂,穿过多孔介质所需的时间更长.另外,当障碍物表面接触角(θ)较小时,气泡均能完整地通过多孔介质,随着接触角的增大,气泡开始发生破裂,且...     

Lattice Boltzmann model for combustion and detonation

In this paper we present a lattice Boltzmann model for combustion and detonation. In this model the fluid behavior is described by a finite-difference lattice Boltzmann model by Gan et al. [Physica A, 2008, 387: 1721]. The chemical reaction is described by the Lee-Tarver model [Phys. Fluids, 1980, 23: 2362]. The reaction heat is naturally coupled with the flow behavior. Due to the separation of time scales in the chemical and thermodynamic processes, a key technique for a successful simulation is to use the operator-splitting scheme. The new model is verified and validated by well-known benchmark tests. As a specific application of the new model, we studied the simple steady detonation phenomenon. To show the merit of LB model over the traditional ones, we focus on the reaction zone to study the non-equilibrium effects. It is interesting to find that, at the von Neumann peak, the system is nearly in its thermodynamic equilibrium. At the two sides of the von Neumann peak, the system deviates from its equilibrium in opposite directions. In the front of von Neumann peak, due to the strong compression from the reaction product behind the von Neumann peak, the system experiences a sudden deviation from thermodynamic equilibrium. Behind the von Neumann peak, the release of chemical energy results in thermal expansion of the matter within the reaction zone, which drives the system to deviate the thermodynamic equilibrium in the opposite direction. From the deviation from thermodynamic equilibrium, Δ _m *, defined in this paper, one can understand more on the macroscopic effects of the system due to the deviation from its thermodynamic equilibrium.