用PDF方程法分析悬沙垂线浓度分布

从颗粒运动的PDF(概率密度分布函数)输运方程出发。建立颗粒相的质量、动量和脉动速度二阶矩方程．对于明渠二维恒定均匀流。利用垂向动量方程导出了新的泥沙扩散方程。表明颗粒脉动强度梯度、升力、重力沉降和紊动扩散都影响悬沙运动。说明了传统扩散方程的不足．理论分析了水沙两相物理属性和水流条件对泥沙扩散系数和浓度分布特征的影响。并通过细颗粒试验资料的分析进行了定量研究．     

粘弹流体轴对称流动的格子Boltzmann方法

基于BGK碰撞模型，通过在迁移方程中引入作用力项，建立了粘弹流体的轴对称格子Boltzmann模型．通过Chapman-Enskog展开，获得了准确的柱坐标下轴对称宏观流动方程．采用双分布函数对运动方程和本构方程进行迭代求解，模拟分析了粘弹流体管道流动，获得了流场中的速度和构型张量的分布，通过与解析解进行比较，验证了模型的准确性．研究了作为粘弹流体流动基准问题的收敛流动，对涡旋位置进行了定量分析，将回转长度的计算结果与有限体积法进行了比较，两种数值结果十分吻合．研究结果表明，模型能够准确表征粘弹流体的轴对称流动，具有较广阔的应用前景．     

低浓度固液两相流的颗粒相动理学模型

用广义Fokker-Planck扩散模型描述液相湍动对颗粒的挟带作用，用修正的BGK模型描述粒间碰撞效应，建立了封闭的颗粒相PDF输运方程．运用Chapman-Enskog迭代法求得方程的二阶近似解，获得颗粒相脉动速度二阶矩和三阶矩闭合关系．模型与颗粒流模型相容，与液相湍流闭合模型是否相容依赖于扩散模型的具体形式，并据此比较了不同的涡一颗粒作用模型．模型与二维明渠流轻质沙和天然沙试验资料符合很好．表明细小粒径颗粒能够充分跟随水流运动；大粒径颗粒的相间平均速度差和壁面滑移速度明显，近壁区内的颗粒沿流向和垂向脉动强度都可能大于水流，并存在一定程度的颗粒碰撞效应．     

关于二相流、多相流、多流体模型和非牛顿流等概念的探讨

本文分析了单相流、二相流和多相流等概念上的差异,也分析了单流体模型、双流体模型和多流体模型等概念上的差异,指出前面三种概念是按流动介质的客观物理构成划分的,而后者是按主观采用的研究方法划分的．目前这些概念在使用中存在一些混乱,如二相流与多相流,多相流与多流体模型等．本文还研究了扩散模型、非牛顿流模型和颗粒流模型等,指出前两种模型在分类上属于单流体模型,分析了非牛顿流模型、扩散模型和双（多）流体模型的特点和应用范围,最后,以泥石流为例讨论了以上概念的应用．      

复杂化学流体在多孔介质中的传质

化学驱油技术已从单一化学剂驱油发展到了复杂化学流体复合体系驱油。化学驱油过程中存在扩散、弥散、吸附、滞留、化学反应等一系列物理化学作用，影响化学剂在多孔介质中的传质过程。碱水驱油实验证明了单一化学剂在多孔介质中存在运移滞后；文中分析了上述物理化学作用，研究了复合体系各种化学剂的运移滞后及滞后差，指出综合吸附作用引起化学剂运移滞后，不同化学剂的运移滞后差导致色谱分离现象。在上述研究的基础上，提出 了吸附对流扩散方程，得到了解析解。并用该解析解处理实验资料，求出了方程中化学剂运移滞后系数和综合扩散系数等相应的参数，可描述和预测复杂化学流体在多孔介质中的传质过程。     

渗流网络上的反常扩散

本文通过合理地引入反常扩散系数，以均匀的，各向同性的分形介质中的反常扩散方程为基础，推导出了存在等待时间幂律分布的ｄ≥２和ｄ〈２两种情况下渗流网络上的一般反常扩散方程。     

触变性流体在旋转圆盘上的流动

采用甩涂过程的基本方程，导得触变性流体在旋转圆盘上流动的速度分布．并利用特征线法，得到薄膜厚度的方程．对其定性分析表明，流体的重建系数越小和破坏系数越大，将加快甩涂过程．     

边界吸收效应对非定常剪切弥散的影响

采用延迟扩散方程［７，９］描述了具有边界吸收条件下，非定常剪切流动中的剪切弥散特性．给出了记忆函数、中心位移函数的控制方程．特例分析结果表明：所采用的模型方程是合理的；边界吸收效应使得纵向浓度分布具有后倾的趋势．这主要是由于边界吸收使得低速强剪切区浓度减少，剪切弥散贡献减少，从而污染物对流速度高于断面的平均速度．     

边界吸收效应对非定常剪切弥散的影响

采用延迟扩散方程［７，９］描述了具有边界吸收条件下，非定常剪切流动中的剪切弥散特性．给出了记忆函数、中心位移函数的控制方程．特例分析结果表明：所采用的模型方程是合理的；边界吸收效应使得纵向浓度分布具有后倾的趋势．这主要是由于边界吸收使得低速强剪切区浓度减少，剪切弥散贡献减少，从而污染物对流速度高于断面的平均速度．     

用胶囊式液晶粒子同时测量流场的温度和速度

胆甾相液晶在不同温度下显示不同的颜色，这一特性已被广泛地应用于固体表面或流体的温度测量．胶囊式胆甾相液晶具有粒子形态和温度－颜色反应特性，可以用来同时测量流体的速度和温度场．作者改进了粒子测速的测试精度；还标定了色度－温度关系，获得了自然对流流场中的速度和温度场     

高浓度固-液两相流紊流的动理学模型

采用分子动理学方法,基于固-液两相流液相分子或颗粒相颗粒的Boltzmann方程,对Boltzmann方程分别取零矩和一次矩,则得到高浓度固-液两相流紊流的连续方程和动量方程,再和较成熟的低浓度两相流连续方程和动量方程比较,取低浓度两相流控制方程中较成熟合理的有关项和高浓度时由动理学方法推导出的颗粒间碰撞项,则得到高浓度固-液两相流紊流的最终控制方程:连续方程和动量方程.     

颗粒在黏弹性流体扩张和收缩流中沉降的格子Boltzmann模拟分析

对于Oldroyd-B型黏弹性流体,本文应用格子Boltzmann方法(LBM),实现了流体在二维1:3扩张流道及3:1收缩流道中流动的数值模拟,获得了黏弹性流体在扩张和收缩流道中的流场分布．结合颗粒的受力和运动规则,基于点源颗粒模型,数值分析了颗粒在扩张流和收缩流中的沉降过程和特征,讨论了颗粒相对质量和起始位置以及雷诺数Re和威森伯格数Wi对颗粒沉降特征的影响．结果表明,颗粒相对质量和起始位置以及Re对颗粒沉降轨迹和落点影响较大,而Wi的影响则较小．     

柔性微粒介电泳分离过程的多尺度模拟

介电泳分离是一种高效的微细颗粒分离技术,利用非均匀电场极化并操纵分离微流道中的颗粒. 柔性微粒在介电泳分离过程中同时受多种物理场、多相流和微粒变形等复杂因素的影响,仅用单一的计算方法对其进行模拟存在一定的难度,本文采用有限单元——格子玻尔兹曼耦合计算的方法处理这一难题.介观尺度的格子玻尔兹曼方法将流体看成由大量微小粒子组成,在离散格子上求解玻尔兹曼输运方程,易于处理多相流及大变形问题,特别适合模拟柔性颗粒在介电泳分离过程中的变形情况.另一方面,介电泳分离过程的模拟需求解流体、电场和微粒运动方程,计算量相当庞大,通过有限单元法求解介电泳力,提高计算效率.利用这种多尺度耦合计算方法,对一款现有的介电泳芯片分离过程进行了模拟.分析了微粒在电场作用下产生的介电泳力,揭示了介电泳力与电场变化率等因素之间的关系.对微粒运动轨迹及其变形的情况进行了研究,发现微粒的变形主要与流体剪切作用有关.这种多尺度耦合计算方法,为复杂微流体的计算提供了一种有效的解决方案.      

On the Solution of a Boltzmann System for Gas Mixtures

We study the Boltzmann equation for a mixture of two gases in one space dimension with initial condition of one gas near vacuum and the other near a Maxwellian equilibrium state. A qualitative-quantitative mathematical analysis is developed to study this mass diffusion problem based on the Green’s function of the Boltzmann equation for the single species hard sphere collision model in Liu andYu (Commun Pure Appl Math 57:1543–1608, 2004). The cross-species resonance of the mass diffusion and the diffusion-sound wave is investigated. An exponentially sharp global solution is obtained.     

Lattice Boltzmann method for the fractional sub‐diffusion equation

A lattice Boltzmann model for the fractional sub‐diffusion equation is presented. By using the Chapman–Enskog expansion and the multiscale time expansion, several higher‐order moments of equilibrium distribution functions and a series of partial differential equations in different time scales are obtained. Furthermore, the modified partial differential equation of the fractional sub‐diffusion equation with the second‐order truncation error is obtained. In the numerical simulations, comparisons between numerical results of the lattice Boltzmann models and exact solutions are given. The numerical results agree well with the classical ones. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Kinetic models and quantum effects: A modified Boltzmann equation for Fermi-Dirac particles

We study a modified Boltzmann equation, which takes into account quantum effects for a gas of Fermi-Dirac particles and gives in the classical limit the Boltzmann equation.     

MEMS稀薄气体内部流动模拟中的信息保存法

首先综述了处理低速稀薄气体流动的一些方法: 线化Boltzmann方程方法、Lattice Boltzmann方法(LBM)、加滑移边界的Navier-Stokes方程、以及DSMC方法, 并讨论它们在模拟MEMS中过渡领域低速流动特别是内部流动所遇到的困难, 其中表明了LBM现有方案不适合模拟过渡领域中的MEMS流动问题. 信息保存(IP)法通过保存一个模拟分子所代表的大量分子的平均信息,克服了流速低使得信息噪声比小而引起统计模拟的困难. 本文给出了方法的一些理论证实. MEMS中内部流动的特点, 即流速低和大的长宽比的特点, 引起椭圆性问题, 即出入口边界条件相互影响需要协调的问题. 通过对(长约几千微米的)微槽道流动应用IP方法的算例,演示了采用守恒形式的质量守恒方程和超松弛法可成功地解决这一问题. 借助同样的方法,用IP方法求解了真实长度(1\,000\,$\mu$m)硬盘驱动器读写头在过渡领域的薄膜支撑问题, 压力分布与具有严格气体动理论基础的概括化Reynolds方程完全相符, 而在此之前, DSMC方法只对短的读写头(5\,$\mu$m)与Reynolds方程做了校验. 作者建议将原来用于求解读写头润滑问题的Reynolds方程退化来求解过渡领域中的微槽道流动问题, 从而提供了一个有严格气体动理论品性的检验方法来验证求解MEMS内部流动的各种方法.      

Couette flow of a binary mixture of rigid-sphere gases described by the linearized Boltzmann equation

A concise and accurate solution to the problem of plane Couette flow for a binary mixture of rigid-sphere gases described by the linearized Boltzmann equation and general (specular-diffuse) Maxwell boundary conditions for each of the two species of gas particles is developed. An analytical version of the discrete-ordinates method is used to establish the velocity, heat-flow, and shear-stress profiles for both types of particles, as well as the particle-flow and heat-flow rates associated with each of the two species. Accurate numerical results are given for the case of a mixture of helium and argon confined between molybdenum and tantalum plates.     

The Boltzmann Equation for a Multi-species Mixture Close to Global Equilibrium

We study the Cauchy theory for a multi-species mixture, where the different species can have different masses, in a perturbative setting on the three dimensional torus. The ultimate aim of this work is to obtain the existence, uniqueness and exponential trend to equilibrium of solutions to the multi-species Boltzmann equation in \({L^1_vL^\infty_x(m)}\), where \({m\sim (1+ |v|^k)}\) is a polynomial weight. We prove the existence of a spectral gap for the linear multi-species Boltzmann operator allowing different masses, and then we establish a semigroup property thanks to a new explicit coercive estimate for the Boltzmann operator. Then we develop an \({L^2-L^\infty}\) theory à la Guo for the linear perturbed equation. Finally, we combine the latter results with a decomposition of the multi-species Boltzmann equation in order to deal with the full equation. We emphasize that dealing with different masses induces a loss of symmetry in the Boltzmann operator which prevents the direct adaptation of standard mono-species methods (for example Carleman representation, Povzner inequality). Of important note is the fact that all methods used and developed in this work are constructive. Moreover, they do not require any Sobolev regularity and the \({L^1_vL^\infty_x}\) framework is dealt with for any \({k > k_0}\), recovering the optimal physical threshold of finite energy \({k_0=2}\) in the particular case of a multi-species hard spheres mixture with the same masses.