用格子Boltzmann方法研究Burgers方程

提出了用于Ｂｕｒｇｅｒｓ方程的格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ模型,应用Ｃｈａｐｍａｎ－Ｅｎｓｋｏｇ展开和多重尺度技术,通过选择平衡态分布函数的高阶矩,得出了几种精度的Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,模型中的参数通过分析耗散性质和色散给出。     

模拟MKDV方程的格子BGK模型

目前,格子Boltzmann方法已被广泛应用于模拟各种非线性方程.文中用D1Q4模型给出MKDV方程的带修正项的BGK型格子Boltzmann法.数值模拟与理论结果吻合很好.     

Ginzburg—Landau方程的格子Boltzmann解

本文给出了用于求解Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann模型。通过构造平衡态分布函数的矩函数，我们给出了宏观物理量与平衡态分布函数之间的变换。作为一种特殊情况，得到了各向同性的平衡态分布函数，这后，我们证明了该算法收敛到Ginzburg-Landau方程。     

基于格子Boltzmann模型的SINE-GORDON方程的数值解法

我们给出了用于求解Sine-Gordon方程的格子Boitzmann模型．通过假设与时间导数有关的平衡态分布函数，得到了具有2阶误差的Sine-Gordon方程的格子Boitzmann算法．数值例子再现了在零点附近的扭结解。     

并列圆柱绕流的格子Boltzmann数值模拟

采用非均匀不可压格子Boltzmann模型对低雷诺数下并列圆柱绕流进行了数值模拟,给出了数值计算结果,分析了间距g对圆柱尾流及升力、阻力的影响,并在此基础上得到了4种尾迹模式.此外,研究了流场的初始扰动对流动分岔现象的影响,发现在适当的扰动下可以很快得到同步同相的尾流.对Re=160和200下圆柱的升、阻力进行了对比,结果表明升力和阻力受间距g的影响大于雷诺数.     

悬浮颗粒运动的格子Boltzmann数值模拟

将固体颗粒的牛顿力学和格子Boltzmann方法相结合,研究不规则形状悬浮颗粒在流场中的运动。通过受力分析,精确求得其所受合力、合力矩、合力作用中心等。提出了跟随颗粒运动的动网格计算域技术和模拟悬浮颗粒转动运动的局部数组方法及Euler-Lagrange两套坐标技术。通过对椭圆颗粒运动的数值模拟和对照他人对矩形颗粒的研究,分析了其复杂运动规律,并提供了合理的物理解释。结果表明:运用格子Boltzmann方法和上述特殊技术可以得到与有限元方法相同的模拟精度,且具有计算速度快、对复杂形状边界处理方便灵活、程序简单及特别适合大规模并行计算等优点。     

用格子Boltzmann方法模拟液滴撞击固壁动力学行为

首次用格子Boltzmann方法中的伪势模型对液滴撞击固壁的动力学行为进行了数值模拟.详细研究了液滴在壁面上的流动状态以及各种因素对撞击过程的影响.通过数值模拟得到:壁面的可润湿性越小,液滴越容易发生反弹,液滴的回缩速度越快;液滴的撞击速度越大,所得到的相对直径越大,回缩速度越快;液滴的粘性越小,所得到的相对直径越大;液滴的表面张力越大,液滴越容易发生反弹现象.另外,液滴的最大相对直径与We数满足一定的线性关系,这些结果与前人的理论预测和实验结果完全吻合.     

用格子Boltzmann方法模拟Belousov-Zhabotinsky反应中的靶型波

构造了用于Belosov-Zhabotinsky反应的格子Boltzmann模型。通过对使用多组分的分布函数满足的格子Boltzmann方程,进行多重尺度Knudsen数展开,得到了模型的平衡态分布函数的各向同性解。作为算例,给出随机初始条件下反应区域内的靶型波的模拟结果,再现了Belousov-Zhabotinsky反应的经典结果。     

建筑物周围流场格子Boltzmann仿真

基于格子BGK方程的三维15点格子Boltz-mann模型,对建筑物周围流场进行了数值仿真,对其流场的划分进行了分析,并对不同雷诺数下建筑物周围的流场进行了数值模拟计算,得到了比较满意的结果,为环境质量的评估提供了新的途径.     

基于格子Boltzmann方法的挤出胀大的数值模拟

将单相格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method, LBM)引入到粘弹流体的瞬态挤出胀大的数值模拟中,建立了基于双分布函数的自由面粘弹性流动格子Boltzmann模型．分析得到的流道中流动速度分布和构型张量结果与理论解十分吻合．对粘弹流体瞬态挤出胀大过程进行了模拟,并分析了运动粘度比和剪切速率对挤出胀大率的影响,得到的胀大率结果与理论分析和其它模拟结果基本一致．表明给出的LBM可以捕捉挤出胀大的瞬态效应．     

NUMERICAL SIMULATION OF SHALLOW WATER WAVE PROPAGATION USING A BOUNDARY ELEMENT WAVE EQUATION MODEL

The present paper makes use of a wave equation formulation of the primitive shallow water equations to simulate one-dimensional free surface flow. A numerical formulation of the boundary element method is then developed to solve the wave continuity equation using a time-dependent fundamental solution, while an explicit finite difference scheme is used to derive velocities from the primitive momentum equation. One-dimensional free surface flows in open channels are treated and the results compared with analytical and numerical solutions. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

LB方法应用实例——水电站水锤计算

建立了模拟水电站水锤的一维ＬＢ模型．通过实例计算与特征线法进行了比较，结果表明ＬＢ方法效果很好，将之引入水电站流场模拟是可行的，值得进一步探讨．     

格子Boltzmann模型的改进与流体力学方程

流体的流动可以看成是分子以上水平的粒子基本运动组合而成,任何一个粒子系统的Hamiltonian都是由动能和势能这两部分所组成.借助于Hamiltonian建立了微观粒子和宏观流体之间的能量守恒准则,发展了一个适合于热流场数值模拟的格子Boltzmann模型.从该模型可以还原出宏观的流体力学方程,所得动量方程的黏性输运项除了具有Navier-Stokes黏性力的特征外还与非定常的、非线性的动量通量和非定常的内能相关.用该模型对Benard热对流进行了数值模拟,很好地再现了Benard cell,并且克服了热格子Boltzmann模型数值稳定性差的不足.     

AN EVALUATION OF THE BOUNCE-BACK BOUNDARY CONDITION FOR LATTICE BOLTZMANN SIMULATIONS

The bounce-back boundary condition for lattice Boltzmann simulations is evaluated for flow about an infinite periodic array of cylinders. The solution is compared with results from a more accurate boundary condition formulation for the lattice Boltemann method and with finite difference solutions. The bounce-back boundary condition is used to simulate boundaries of cylinders with both circular and octagonal cross-sections. The convergences of the velocity and total drag associated with this method are slightly sublinear with grid spacing. Error is also a function of relaxation time, increasing exponentially for large relaxation times. However, the accuracy does not exhibit a trend with Reynolds number between 0·1 and 100. The square lattice Boltzmann grid conforms to the octagonal cylinder but only approximates the circular cylinder, and the resulting error associated with the octagonal cylinder is half the error of the circular cylinder. The bounce-back boundary condition is shown to yield accurate lattice Boltzmann simulations with reduced computational requirements for computational grids of 170×170 or finer, a relaxation time less than 1·5 and any Reynolds number from 0·1 to 100. For this range of parameters the root mean square error in velocity and the relative error in drag coefficient are less than 1 per cent for the octagonal cylinder and 2 per cent for the circular cylinder. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

THE DESIGN OF CHARACTERIZING-INTEGRAI SCHEMES AND THE APPLICATION TO THE SHALLOW WATER WAVE PROBLEMS

In this paper a new approach for designing upwind type schemes-the characterizing-integral method and its applied skills are introduced, The method is simple, convenient and eff ective. And the method isn't only limited to conservation laws unlike other methods and may be easily extended to multi-dimension problems. Furthermore, the numerical dissipation of the method can be flexibly regulated, so that it is especially suitable for solving various discontinuity problems. The paper shows us how to use this approach to simulate deformation and breaking of a nonlinear shallow water wave on a gentle slope, and to compute two-dimensional dam failure problem.     

THE SEMI-DISCREIXTE METHOD FOR SOLVING HIGH-DIMENSION WAVE EQUATION

1.IntroductionWaveequationiswidelyusedinsuchsubjectsasgeophysics,elasticmechanics,andsoon.Therefore,how'tosolvewaveequationbecomesaveryimportantproblem.Althoughpeoplehaveachievedalotinthetheoryandcalculationofwaveequationl']'121,newproblemsandsolutionskeep.comingoutl3]'141.Oneofthemethodsgiveninpaper[5]istoreducetwodimensionequationtoone-dimensionequationsystem.However,itisdifficulttoextendhighdimensionwave'equationandwaveequationwithvariablecoefficient.Bythesemi-discrete'methoddiscussedinthi…     

基于热格子Boltzmann方法的自然对流数值模拟

对Eggels和Somers提出的热格子Boltzmann格式进行了改进. 在不可压缩流动的假设下,提出了一种新的温度平衡分布函数,可以克服压缩性对温度统计的影响,并且相应地修正了统计宏观温度的方法. Eggels和Somers的方法对速度和温度均采用半步长反弹格式边界条件,适合无滑移的速度边界条件.但是对温度采用该边界条件在物理本质上显得不够准确,所以在边界上对二者统一采取算法既简单又容易实现的非平衡态外推格式,同时可以与Boltzmann格式的整体二阶精度保持一致. 最后,利用改进的热格子Boltzmann方法(TLBM)模拟了Ra=10^6和Pr=0.71(空气)的方腔中的自然对流,模拟得到的流动参数与其它数值方法的结果吻合得很好,表明改进的热格子Boltzmann方法可以有效准确地模拟非等温流动.      

基于Shan-Chen模型的格子Boltzmann方法在微流动模拟研究中的应用

对格子Boltzmann方法的本质及Shan-Chen模型的核心机制进行了全面阐述, 并从应用实例角度对基于Shan-Chen模型的格子Boltzmann方法在微流动模拟方面的有效性、适应性进行了详细分析. 结果表明, Shan-Chen模型易于耦合微观条件下占主导作用的微观力, 拓宽了格子Boltzmann方法在微流动模拟方面的应用. 同时, Shan-Chen模型在润湿性边界条件表征方面的优势, 使得这种方法在微结构表面的滑移效应模拟方面具有很好的应用前景.     

非牛顿流体流动的格子Boltzmann方法研究进展

格子玻尔兹曼方法（lattice Boltzmann method,LBM）能够直接计算局部剪切速率并可以达到二次精度,因此在非牛顿流动数值模拟中展现出一定优势。尽管已证实LBM 对于非牛顿流动的适用性,但是LBM 需要通过即时调节BGK（Bhatnagar-Gross-Krook）碰撞项中的松弛时间来实时反映黏度改变,当松弛时间接近1/2 时,迭代会出现数值不稳定现象。该文对LBM 在非牛顿流体研究中的进展进行了总结,介绍了增加数值稳定性的方法并对结果的精度进行了比较,在此基础上对LBM 在非牛顿研究中的进一步发展进行了展望。