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格子Boltzmann方程模拟高雷诺数三维方腔流
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作者 康海贵 李承功 《水道港口》 2013年第5期453-460,共8页
为分析方腔流内部流场的特性和验证格子Boltzmann方法模拟湍流的能力,应用标准Smagorinsky涡粘性模型与多松弛时间格子Boltzmann方程(Multiple Relaxation Time Lattice Boltzmann Equation,MRT-LBE)组合对高雷诺数(Re=10 000)三维方腔... 为分析方腔流内部流场的特性和验证格子Boltzmann方法模拟湍流的能力,应用标准Smagorinsky涡粘性模型与多松弛时间格子Boltzmann方程(Multiple Relaxation Time Lattice Boltzmann Equation,MRT-LBE)组合对高雷诺数(Re=10 000)三维方腔流进行数值研究,计算了时间平均量,如速度,均方根速度、雷诺应力以及中心断面(y=W/2)处的流线等高线。模拟结果与已有实验和数值模型结果比较可知,MRT-LBE能够精准地计算剪切驱动方腔内流场的变化。另外,将基于图形处理(graphic processor unit,GPU)的计算统一设备架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)并行技术引入到基于MRT-LBE的Smagorinsky模型以提高计算效率,计算效率提高达200倍。 展开更多
关键词 多松弛时间格子boltzmann方程 标准Smagorinsky涡粘性模型 高雷诺数三维方腔流 GPU CUDA
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用格子Boltzmann方程模拟浅水波问题 被引量:9
2
作者 施卫平 胡守信 阎广武 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1997年第5期525-529,共5页
提出了用格子Boltzmann方程(LBE)模拟浅水波问题的方法.通过无粘气体运动方程与浅水波方程的比较,确定了LBE方法中平衡态的形式,使宏观方程与浅水波方程一致.计算了二维浅水波的一个问题,数值结果与精确解做了比较.
关键词 浅水波 格子波兹曼方程 数值解 精确解
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微通道内声传播格子Boltzmann建模及其特性研究
3
作者 杨雨 余江波 +3 位作者 苏娜娜 张新翠 单鸣雷 韩庆邦 《应用声学》 北大核心 2025年第2期312-323,共12页
吸声材料在抑制噪声污染方面发挥重要作用,其吸声性能受到内部微通道结构影响。然而微通道尺寸小且结构复杂,有必要采用合适的数值工具来研究微通道内声传播特性。该文采用介观的格子Boltzmann方法构建了微通道内声传播模型,并引入了声... 吸声材料在抑制噪声污染方面发挥重要作用,其吸声性能受到内部微通道结构影响。然而微通道尺寸小且结构复杂,有必要采用合适的数值工具来研究微通道内声传播特性。该文采用介观的格子Boltzmann方法构建了微通道内声传播模型,并引入了声学无反射边界以消除声波反射的影响。通过构建单/双层微通道声传播模型,探究了波长、通道宽度对声传播的影响及水平声压幅值的分布情况。进而通过在微通道上放置凹凸固体块模拟粗糙微通道环境,研究声波经过粗糙微通道后的变化,分析固体块的长度对声传播的影响,并将声波经过两种固体块的声压幅值差进行对比。研究结果证明格子Boltzmann方法可以有效地描述微观尺度下通道内声波的传播过程,从流体力学角度描述声场的分布,为声流固耦合相关领域的模拟计算的应用提供参考。 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 微通道 声传播 多松弛模型
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基于格子Boltzmann重叠法求解一、二维耦合浅水动力学模型
4
作者 杨浩 敬玥彤 +3 位作者 刘海飞 毕娟 王洪达 褚珣 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第1期110-117,129,共9页
提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM),以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法 (lattice Boltzmann method, LBM)的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模... 提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM),以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法 (lattice Boltzmann method, LBM)的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模拟通常涉及跨维度建模,可能会在某些边界处做近似处理,例如河流-湖泊汇合处、洪水淹没区和河口区域。为高效求解跨维度浅水方程(shallow water equations, SWE)问题,SCM通过在一维和二维LBM模型边界处人工设置重叠区域,使不同维度的2个模型在该区域交换水动力信息。在重叠区域采用零梯度边界条件,从而得到耦合所需的变量。1D-2D耦合模型通过了圆形空腔射流和急弯河道2个验证模型的比较测试,结果显示一、二维耦合模型的精度与二维模型基本相当。本研究通过SCM有效地求解了跨维度浅水方程问题,提高了一维与二维模型间的耦合精度,为复杂地形浅水区域的水动力模拟提供了技术支撑。 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 水动力模型 一、二维耦合 重叠法 浅水方程
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页岩油压闷采渗流机理的格子Boltzmann模拟
5
作者 杨雨萱 王森 +2 位作者 陈李杨 刘祖鹏 冯其红 《石油科学通报》 2025年第2期298-308,共11页
页岩油是我国潜力最大、最具战略性的石油接替资源之一,厘清压闷采过程中多孔介质内流体分布演化规律对提高页岩油采收率具有重要意义。本文采用多组分多相格子Boltzmann模型对页岩油压闷采过程中的渗流机理开展研究。首先使用Laplace... 页岩油是我国潜力最大、最具战略性的石油接替资源之一,厘清压闷采过程中多孔介质内流体分布演化规律对提高页岩油采收率具有重要意义。本文采用多组分多相格子Boltzmann模型对页岩油压闷采过程中的渗流机理开展研究。首先使用Laplace定律、接触角、分层流动验证了模拟模型的准确性。随后基于济阳页岩扫描电镜图像,构建了包含顺层缝、网状缝和基质孔隙分布的页岩多孔介质结构。利用格子Boltzmann模型对页岩多孔介质内压闷采过程开展模拟,分析了压闷采不同阶段的流体分布特征,探究了不同闷井时间、储层润湿性和排液速度的影响。结果表明闷井阶段压裂液会在毛管力作用下渗吸进入网状缝并将内部的油相置换出来,随着闷井时间增加压裂液返排率趋于减小;水湿岩心相较于中性和油湿岩心具有更好的开发效果,压裂液利用率和基质内原油动用程度更高;较高的排液速度会使孔隙内的压力快速下降,不利于后续页岩油的生产。本文从孔隙尺度研究了页岩油压闷采过程中流体流动机理,为页岩油井合理生产制度的制定提供了支撑。 展开更多
关键词 页岩油 格子boltzmann方法 自发渗吸 纳米孔隙 多组分多相
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基于一维渗流方程的格子Boltzmann模型
6
作者 王鑫月 张建影 《长春工业大学学报》 CAS 2024年第6期544-549,共6页
针对分数阶渗流方程的数值求解问题,提出了格子Boltzmann方法(LBM)的D1Q3模型。首先对分数阶微积分算子进行处理,以便于构造格子Boltzmann模型;然后通过Taylor展开和Chapman-Enskog多尺度展开技术恢复出宏观方程;最后推导出各个方向上... 针对分数阶渗流方程的数值求解问题,提出了格子Boltzmann方法(LBM)的D1Q3模型。首先对分数阶微积分算子进行处理,以便于构造格子Boltzmann模型;然后通过Taylor展开和Chapman-Enskog多尺度展开技术恢复出宏观方程;最后推导出各个方向上的平衡态分布函数的表达式。根据两个数值例子的计算结果以及误差分析,验证了理论分析的有效性。 展开更多
关键词 分数阶渗流方程 格子boltzmann方法 Riemann-Liouville型导数 数值模拟
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分数阶Navier-Stokes方程的格子Boltzmann方法
7
作者 王雨欣 张建影 《长春工业大学学报》 CAS 2024年第3期265-271,共7页
对于分数阶Navier-Stokes方程的数值求解问题,首先将该方程进行离散化处理,然后构造D1Q3格子Boltzmann模型,并采用Taylor展开和Chapman-Enskog多尺度展开等技术恢复宏观方程,同时推导出该模型平衡态分布函数的表达式。最后根据一维的两... 对于分数阶Navier-Stokes方程的数值求解问题,首先将该方程进行离散化处理,然后构造D1Q3格子Boltzmann模型,并采用Taylor展开和Chapman-Enskog多尺度展开等技术恢复宏观方程,同时推导出该模型平衡态分布函数的表达式。最后根据一维的两个数值算例对方程进行数值模拟以及误差分析,并将得到的数值解与精确解进行比较,从而验证格子Boltzmann方法的准确性与有效性。 展开更多
关键词 CAPUTO分数阶导数 格子boltzmann方法 分数阶Navier-Stokes方程 平衡态分布函数
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KdV方程的格子Boltzmann模型求解
8
作者 陈梦涵 王希胤 李金 《华北理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第1期103-110,共8页
浅水波模型被广泛地用于模拟水波传播的动力学行为。很多问题,如强非线性问题、非平衡问题、实际应用中发生的问题等,使得传统的理论研究手段通常无能为力。文章首先给出了格子Boltzmann方法(LBM)的基本理论,然后利用经典的一维五速度(D... 浅水波模型被广泛地用于模拟水波传播的动力学行为。很多问题,如强非线性问题、非平衡问题、实际应用中发生的问题等,使得传统的理论研究手段通常无能为力。文章首先给出了格子Boltzmann方法(LBM)的基本理论,然后利用经典的一维五速度(D1Q5)的离散速度模型,给出Korteweg-de Vries(KdV)方程中含有修正项的格子Boltzmann(LB)模型推导公式,最后进行数值模拟,将KdV方程的精确解和模拟解进行比较,然后验证修正模型的精确性。实验结果表明,用格子Boltzmann方法对KdV方程进行求解,其模拟解和精确解吻合度较高。 展开更多
关键词 KDV方程 D1Q5模型 格子boltzmann方法
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格子Boltzmann方法解扩散方程的复杂边界条件研究 被引量:5
9
作者 黄俊涛 张力 +1 位作者 雍稳安 王沫然 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2014年第3期305-312,共8页
对格子Boltzmann方法求解含第三类边界条件的扩散方程进行了理论和数值研究,构造了一种新的基于bounce-back的边界处理数值格式,用来处理复杂边界问题.借助渐近分析,证明了新方法的数值相容性.用数值算例从不同角度分析了算法的精度和... 对格子Boltzmann方法求解含第三类边界条件的扩散方程进行了理论和数值研究,构造了一种新的基于bounce-back的边界处理数值格式,用来处理复杂边界问题.借助渐近分析,证明了新方法的数值相容性.用数值算例从不同角度分析了算法的精度和稳定性等,与已有算法相比,新方法在精度、稳定性和效率方面均有较大提高.最后通过一个复杂边界反应扩散的示例演示了新方法应用于复杂多孔介质内多物理化学输运模拟的可行性和有效性. 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 扩散方程 第三类边界条件 渐近分析 复杂边界
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格子Boltzmann模型的改进与流体力学方程 被引量:2
10
作者 冯士德 赵 颖 +1 位作者 季仲贞 郜宪林 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第4期492-500,共9页
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Boltzm... 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. 展开更多
关键词 格子boltzmann模型 HAMILTONIAN 分布函数 流体力学方程 Benard热对流 数值模拟
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用格子Boltzmann方法模拟非线性热传导方程 被引量:7
11
作者 刘芳 施卫平 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2015年第11期1158-1166,共9页
对具有非线性源项和非线性扩散项的热传导方程建立格子Boltzmann求解模型.在演化方程中增加了两个关于源项分布函数的微分算子,对演化方程实施Chapman-Enskog展开.通过对演化方程的进一步改进,恢复出具有高阶截断误差的宏观方程.对不同... 对具有非线性源项和非线性扩散项的热传导方程建立格子Boltzmann求解模型.在演化方程中增加了两个关于源项分布函数的微分算子,对演化方程实施Chapman-Enskog展开.通过对演化方程的进一步改进,恢复出具有高阶截断误差的宏观方程.对不同参数选取下的非线性热传导方程进行了数值模拟,数值解与精确解吻合得很好.该模型也可以用于同类型的其他偏微分方程的数值计算中. 展开更多
关键词 格子boltzmann模型 非线性热传导方程 LBGK模型 非线性源项
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用格子Boltzmann方法研究Burgers方程 被引量:20
12
作者 阎广武 阎广武 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第2期143-151,共9页
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,得到了几种精度的"urgers方程,模型中的参数通过分析耗散性质和色散性质... 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,得到了几种精度的"urgers方程,模型中的参数通过分析耗散性质和色散性质给出. 展开更多
关键词 格子B方法 BURGERS方程 模型方程
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模拟MKDV方程的格子Boltzmann方法 被引量:6
13
作者 马昌凤 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期495-497,共3页
目前,格子Boltzmann方法已被广泛应用于模拟各种非线性物理方程。文中用D1Q2模型给出MKDV方程的带修正项的BGK型格子Boltzmann方法。通过对演化方程的泰勒展开并应用多尺度技术恢复了宏观方程。数值模拟表明文中所建立的模型是有效的。
关键词 MKDV方程 格子boltzmann方法 多尺度技术
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格子Boltzmann方法求解一维黏性Burgers方程的适用性研究 被引量:2
14
作者 张伟 李小宝 陶建华 《天津城市建设学院学报》 CAS 2006年第3期222-226,共5页
构造了一维黏性Burgers方程的一个基于3-速格子模型的格子Boltzmann格式,分析了格式的单调性和稳定性,得到了格式的单调性条件,并证明了在此条件下,格式是L_∞稳定的;分析了平衡分布函数中含有的可调系数对格式性能的影响,研究表明:... 构造了一维黏性Burgers方程的一个基于3-速格子模型的格子Boltzmann格式,分析了格式的单调性和稳定性,得到了格式的单调性条件,并证明了在此条件下,格式是L_∞稳定的;分析了平衡分布函数中含有的可调系数对格式性能的影响,研究表明:通过引入适当形式的平衡分布函数,采用简单的3-速格子,可以恢复宏观Burgers方程,通过与标准二阶精度的有限差分解的比较,证明了本文的LB格式是简单而有效的。 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 BURGERS方程 平衡分布函数 单调性 稳定性
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变系数广义KdV-Burgers方程的格子Boltzmann模型 被引量:1
15
作者 张宗宁 李春光 董建强 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2021年第5期1283-1295,共13页
该文研究了一类变系数广义KdV-Burgers方程的数值计算方法.首先,通过选择平衡态分布函数和加入修正函数,得到了一个具有变系数的广义KdV-Burgers方程的格子Boltzmann模型.该模型可以在没有任何假设的情况下准确地恢复出KdV-Burgers方程... 该文研究了一类变系数广义KdV-Burgers方程的数值计算方法.首先,通过选择平衡态分布函数和加入修正函数,得到了一个具有变系数的广义KdV-Burgers方程的格子Boltzmann模型.该模型可以在没有任何假设的情况下准确地恢复出KdV-Burgers方程.其次,研究了方程中的非线性高阶导数项变化时的时空变化趋势,并与其解析解做对比,给出误差分析.最后,对方程的空间和时间做精度分析,根据仿真实验结果,模型可以达到2阶精度.数值结果表明,格子Boltzmann算法是一种令人满意的高效算法. 展开更多
关键词 格子boltzmann方程 Chapman-Enskog分析 KdV-Burgers equation 变系数
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多孔介质方程的格子Boltzmann模型 被引量:1
16
作者 刘芳 赵海龙 《长春工业大学学报》 CAS 2015年第5期481-484,共4页
对一类非线性多孔介质方程构造了格子Boltzmann求解模型。由LBGK模型出发,通过合理补充演化方程中的源项分布函数以及适当选取局部平衡态分布函数,恢复出宏观的非线性多孔介质方程。几个典型多孔介质方程的数值模拟验证了模型精度和有... 对一类非线性多孔介质方程构造了格子Boltzmann求解模型。由LBGK模型出发,通过合理补充演化方程中的源项分布函数以及适当选取局部平衡态分布函数,恢复出宏观的非线性多孔介质方程。几个典型多孔介质方程的数值模拟验证了模型精度和有效性。 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 多孔介质方程 LBGK模型
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基于格子Boltzmann方法的地埋管管群换热的模拟研究
17
作者 苏顺玉 周立 《节能技术》 CAS 2024年第4期311-316,共6页
土壤结构和地下水通常会影响地埋管换热器的传热,本文将利用随机四参数生成法建立双分布函数格子Boltzmann模型,对有渗流条件下地埋管管群换热器与饱和土壤多孔介质的换热情况进行了模拟,分析了影响埋管外土壤平均温度的主要因素。研究... 土壤结构和地下水通常会影响地埋管换热器的传热,本文将利用随机四参数生成法建立双分布函数格子Boltzmann模型,对有渗流条件下地埋管管群换热器与饱和土壤多孔介质的换热情况进行了模拟,分析了影响埋管外土壤平均温度的主要因素。研究表明,土壤热传导特性主要受土壤孔隙度、地下水渗流速度和土壤骨架导热系数k s的影响。本文的研究结论对考虑土壤渗流的地下换热器的设计具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 地埋管管群换热器 四参数随机生成法 格子boltzmann 渗流与换热
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浸入运动边界-格子Boltzmann方法4种固含率计算方法对比研究
18
作者 夏明 邓柳泓 +1 位作者 黄刚海 徐远臻 《湘潭大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第1期24-34,共11页
为了达到流固耦合,格子Boltzmann方法(LBM)可采用浸入运动边界法(IMB)实现移动颗粒边界上的无滑移条件.该耦合方式(IMB-LBM)中固含率计算方法对流固耦合计算精度和效率有影响.对常用的固含率4种计算方法,即蒙特卡洛法(MCM)、单元分解法(... 为了达到流固耦合,格子Boltzmann方法(LBM)可采用浸入运动边界法(IMB)实现移动颗粒边界上的无滑移条件.该耦合方式(IMB-LBM)中固含率计算方法对流固耦合计算精度和效率有影响.对常用的固含率4种计算方法,即蒙特卡洛法(MCM)、单元分解法(UDM)、近似多边形法(APM)和闭合边界法(CBM),分别阐述其具体算法,对比了它们的计算精度和计算效率;最后通过圆盘颗粒非连续变形分析方法(DDDA)与IMB-LBM耦合模型下的一个多颗粒沉降流固耦合算例,对比分析了它们在流固耦合计算过程中的耗时.结果表明:1)CBM无误差,MCM和UDM在随机点数取1000,子单元数取100时误差稳定在1%以下,APM在颗粒直径大于格子长度10倍时,误差小于0.44%;2)MCM和UDM的计算精度及耗时分别与随机点数和子单元数相关,它们的计算耗时大于APM和CBM;3)计算效率上,APM>CBM>UDM>MCM,其中CBM计算耗时略微大于APM,APM和UDM计算耗时分别比MCM少2个和1个数量级.该结果可为IMB-LBM耦合模型中固含率计算方法优选提供借鉴. 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 浸入运动边界法 固含率计算 近似多边形法 圆盘颗粒非连续变形分析
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基于伪势格子Boltzmann模型修正PR状态方程
19
作者 曾建邦 蒋方明 +1 位作者 胡安杰 李隆键 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期83-88,共6页
探讨势函数对伪势格子Boltzmann模型基于PR状态方程计算饱和水气液两相密度的影响,发现选取合适的势函数形式虽可使模拟结果与Maxwell理论解吻合良好,但其与实验值的差距却较大,需修正PR方程。基于伪势模型分析文献中的PR型状态方程发现... 探讨势函数对伪势格子Boltzmann模型基于PR状态方程计算饱和水气液两相密度的影响,发现选取合适的势函数形式虽可使模拟结果与Maxwell理论解吻合良好,但其与实验值的差距却较大,需修正PR方程。基于伪势模型分析文献中的PR型状态方程发现,单独修正引力或斥力项,均无法同时兼顾计算精度和模型适用的温度范围。为此,本文基于该模型同时对PR方程的引、斥力项系数进行修正,得到了一个新的能够准确地描述饱和水气液两相性质的状态方程。 展开更多
关键词 伪势格子boltzmann模型 PR状态方程 势函数 Maxwell定律
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一维热扩散方程的格子Boltzmann方法分析
20
作者 吴国忠 袁兆成 +2 位作者 齐晗兵 李栋 刘杰 《节能技术》 CAS 2015年第3期199-202,共4页
针对一维热扩散方程的数学特点,建立了热扩散方程离散速度模型,构造了其平衡态分布函数,采用Chapman-Enskog展开和多尺度技术,构建了用于求解一维热扩散方程的D1Q3模型,进行了验证性数值实验。实验结果表明,模型的数值解与文献的解析解... 针对一维热扩散方程的数学特点,建立了热扩散方程离散速度模型,构造了其平衡态分布函数,采用Chapman-Enskog展开和多尺度技术,构建了用于求解一维热扩散方程的D1Q3模型,进行了验证性数值实验。实验结果表明,模型的数值解与文献的解析解吻合良好,其两者的误差随网格细化而大幅度减小,从而说明了本文构建的格子Boltzmann模型可用于求解一维热扩散方程。 展开更多
关键词 一维热扩散方程 格子boltzmann方法 Chapman-Enskog展开 多尺度技术 数值模拟
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