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光调控的Shastry-Sutherland格子上电子的体态-边缘态对应
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作者 金玥苏 苏刚 《中国科学院大学学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2019年第5期581-589,共9页
在Shastry-Sutherland格子上运动的电子具有丰富的性质。利用Floquet方法证明在上述系统中高频圆偏振光产生包括Dirac fermion,semi-Dirac fermion,quadratic band touch,SO(3) fermion和具有能隙的多种物相。在考虑自旋轨道耦合作用后... 在Shastry-Sutherland格子上运动的电子具有丰富的性质。利用Floquet方法证明在上述系统中高频圆偏振光产生包括Dirac fermion,semi-Dirac fermion,quadratic band touch,SO(3) fermion和具有能隙的多种物相。在考虑自旋轨道耦合作用后,发现4种无能隙激发的相之间是拓扑等价的。通过计算纳米带的边缘态,按照体态-边缘态对应原则,发现这4种无能隙激发相在打开能隙之后都变成拓扑绝缘体。此外,还发现semi-Dirac fermion体态的各向异性色散关系和沿不同方向裁剪的纳米带边缘态之间也同样存在体态-边缘态对应。 展开更多
关键词 shastry-sutherland格子 Floquet方法 拓扑绝缘体 体态-边缘态对应
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基于格子Boltzmann法的柱群布置对污染物分布影响研究 被引量:1
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作者 夏鹏飞 杜海川 +1 位作者 杜璇 曹德生 《水资源与水工程学报》 北大核心 2025年第2期118-124,133,共8页
在河流、渠道和湖泊等浅水流环境中,污染物的输运现象广泛存在。为了保护水生态环境,研究污染物在这些环境中的分布规律具有重要意义。采用基于D2Q16模型的格子Boltzmann方法(LBM)模拟浅水流动,并利用D2Q5模型对污染物扩散过程进行模拟... 在河流、渠道和湖泊等浅水流环境中,污染物的输运现象广泛存在。为了保护水生态环境,研究污染物在这些环境中的分布规律具有重要意义。采用基于D2Q16模型的格子Boltzmann方法(LBM)模拟浅水流动,并利用D2Q5模型对污染物扩散过程进行模拟,探讨了圆柱群不同间距比、不同布置形式以及水流流速对柱后污染物分布的影响。结果表明:圆柱间距比对于柱后污染物浓度分布的影响较大,当进口流速一定时,随着圆柱间距比的增大,柱后各横断面的污染物分布更加集中,当圆柱间距比L/D为1.0时,各横断面的污染物浓度极值均大于其他圆柱间距比下的污染物浓度极值;当圆柱间距比一定时,随着进口流速的增大,柱后各断面污染物浓度的极值总体上呈现不断下降的趋势;柱群布置形式对于柱后污染物的分布影响较大,正方形布置形式相比于梅花形、梯形和菱形柱后同位置横断面的污染物浓度更小。 展开更多
关键词 污染物分布 污染物浓度 柱群 格子Boltzmann法 浅水方程 数值模拟
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基于格子玻尔兹曼方法的包围距离对液力变矩器搅油损失影响研究 被引量:1
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作者 张金豹 胡铮 +2 位作者 张金乐 柳泓蛰 邹天刚 《机械设计》 北大核心 2025年第3期48-55,共8页
为减小综合传动装置中液力变矩器的搅油损失,文中通过格子玻尔兹曼方法(LBM)对某型号液力变矩器的不同包围距离进行了多相流场仿真。首先通过液力变矩器搅油损失试验对基于格子玻尔兹曼方法的搅油损失仿真结果进行验证,然后设计仿真方... 为减小综合传动装置中液力变矩器的搅油损失,文中通过格子玻尔兹曼方法(LBM)对某型号液力变矩器的不同包围距离进行了多相流场仿真。首先通过液力变矩器搅油损失试验对基于格子玻尔兹曼方法的搅油损失仿真结果进行验证,然后设计仿真方案并进行仿真试验,得到不同轴向和径向包围距离下的液力变矩器搅油损失。由仿真结果可知:相比轴向距离,径向距离对液力变矩器搅油损失的影响更大;随径向距离的增大,搅油损失呈浴盆状曲线分布。最后根据上述结论得出液力变矩器包围距离的设计准则,该准则能够为旋转件周围结构的距离提供优化设计,以及综合传动装置效率提升提供有效支撑。 展开更多
关键词 液力变矩器 搅油损失 包围距离 格子玻尔兹曼方法 多相流场仿真 优化设计
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相场格子Boltzmann方法模拟载表面活性剂液滴的剪切动态行为
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作者 陈涛 姚丽萍 +2 位作者 张良奇 曾忠 谢守勇 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第4期12-28,共17页
表面活性剂可以降低流体界面的表面张力,显著改变固体表面的润湿特性,在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性,基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法,引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi... 表面活性剂可以降低流体界面的表面张力,显著改变固体表面的润湿特性,在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性,基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法,引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi动态接触角模型,建立了一种考虑可溶性表面活性剂流动的移动接触线模型。根据控制方程独立开发计算程序,并采用并行化处理提高计算效率。在此基础上,研究了线性剪切作用下液滴的动态过程,分析了有效毛细数Ca_(e)和固体表面润湿性对纯净液滴和载表面活性剂液滴变形的影响规律。结果表明:有效毛细数Ca_(e)增大会促进液滴变形,当其增大到一定程度时液滴会产生破裂,载表面活性剂液滴相对于纯净液滴有更大的变形量和移动速度。当液滴附着于亲水性固体表面时,在相同剪切作用下,载活性剂液滴相对于纯净液滴有更长的相对弧长和相对润湿长度;且液滴在亲水表面比其在中性表面变形的相对弧长和相对润湿长度值亦更大。而当液滴附着于疏水性固体表面时,液滴则会在剪切作用下脱离固体表面;在相同的毛细数下,载表面活性剂液滴相对于纯净液滴先脱离固体表面且移动速度更快。研究结果表明可溶性表面活性剂的存在会对液滴剪切运动和变形产生较大影响,可以促进液滴变形,增大液滴移动速度。本文的数值方法可用于计算载有可溶性活性剂液滴的移动接触线问题。 展开更多
关键词 相场法 格子玻尔兹曼方法 可溶性表面活性剂 剪切 液滴
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微通道内声传播格子Boltzmann建模及其特性研究
5
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方法的吸热反应双颗粒沉降模拟
6
作者 宋祎祺 李雪 +1 位作者 叶茂 刘中民 《化工进展》 北大核心 2025年第5期2984-2996,共13页
双颗粒沉降问题是研究颗粒两相流系统流体力学行为的经典算例。为探究反应过程中热对流的影响,本文采用浸入边界-格子Boltzmann方法对耦合化学反应的催化剂双颗粒沉降过程进行了直接数值模拟,研究中低格拉晓夫数Gr下吸热反应对颗粒-流... 双颗粒沉降问题是研究颗粒两相流系统流体力学行为的经典算例。为探究反应过程中热对流的影响,本文采用浸入边界-格子Boltzmann方法对耦合化学反应的催化剂双颗粒沉降过程进行了直接数值模拟,研究中低格拉晓夫数Gr下吸热反应对颗粒-流体间相互作用和颗粒运动行为的影响。结果表明,反应颗粒的沉降运动受颗粒雷诺数Re、Gr和达姆科勒数Da的协同影响。由于热流体中发生吸热反应的颗粒所受热浮力与重力方向一致,随着Gr的增加,颗粒沉降速度增加,两颗粒出现横向振荡行为,并在热对流的作用下相互远离。根据颗粒Re的大小,颗粒运动模式可以分为三个阶段,随着Re的增大,热对流的影响逐渐减弱,颗粒惯性作用占主导。Da主要影响颗粒周围的热对流,当颗粒表面发生快速反应时,颗粒周围流体温度梯度增大,颗粒-颗粒间相互作用增强。 展开更多
关键词 浸入边界格子Boltzmann方法 流体动力学 颗粒流 传热
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基于相场格子Boltzmann方法的相间传质模拟
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作者 崔嘉 秦妍 +3 位作者 董波 周训 张雅瑾 李维仲 《计算力学学报》 北大核心 2025年第2期271-277,共7页
相间传质在科学、工程和技术领域广泛存在。为了研究静态和动态情况下不混溶两相之间的相间传质过程,本文将连续组分传输模型与相场格子玻尔兹曼方法结合,构建了一个适用于模拟具有大密度比两相流系统相间传质过程的格子Boltzmann多相... 相间传质在科学、工程和技术领域广泛存在。为了研究静态和动态情况下不混溶两相之间的相间传质过程,本文将连续组分传输模型与相场格子玻尔兹曼方法结合,构建了一个适用于模拟具有大密度比两相流系统相间传质过程的格子Boltzmann多相模型。该模型通过在碰撞过程引入源项和相界面处引入传质通量,保证相界面上的通量连续性。随后通过模拟静止相界面传质问题和毛细管驱替与传质过程验证了传质模型的正确性。和现有模型相比,本文提出的模型在模拟相间传质过程中可以保证相界面传质通量具有较高的精度。随后,本文模拟了多孔介质内相间传质过程,并对多孔介质内两相传质通量的变化原因和影响因素进行深入研究。研究结果表明,根据相界面传质通量的变化可以将多孔介质中相间传质过程划分为两个阶段。第一阶段相界面总传质通量随界面处浓度梯度迅速减小;第二阶段的总传质通量曲线与单位相界面速度曲线的变化趋势高度一致。 展开更多
关键词 相间传质 两相流 格子玻尔兹曼方法 相场模型 多孔介质
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基于帐篷映射的交叉耦合映象格子系统性能分析
8
作者 徐浩强 刘建东 钟鸣 《计算机应用与软件》 北大核心 2025年第2期374-380,390,共8页
交叉耦合映象格子系统具有“回返扩散”的特殊时空行为,该行为提高了系统的复杂度,可用于设计序列密码并用于数据加密,具有极高的密码学应用价值。采用帐篷映射作为交叉耦合映象格子系统的非线性函数,从不变分布特性、相空间结构、Lyapu... 交叉耦合映象格子系统具有“回返扩散”的特殊时空行为,该行为提高了系统的复杂度,可用于设计序列密码并用于数据加密,具有极高的密码学应用价值。采用帐篷映射作为交叉耦合映象格子系统的非线性函数,从不变分布特性、相空间结构、Lyapunov指数、近似熵等方面详细讨论“回返扩散”带来的特殊时空行为,并对系统产生的混沌序列进行差值分布特性、相关特性及均衡度分析。确定出系统参数与时空行为间存在的关系,为系统密码设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 时空混沌 交叉耦合映象格子 帐篷映射 时空行为 序列 密码
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基于格子玻尔兹曼方法的功率模块自动布局优化
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作者 回晓双 宁圃奇 崔健 《电源学报》 北大核心 2025年第1期236-242,共7页
针对在传统的功率模块自动布局优化算法中,方案的电气评估效率低、占用大量计算时间的问题,提出利用格子波尔兹曼方法LBM(lattice Boltzmann method)代替传统评估方法,由于LBM不需要进行多个可逆矩阵的求解,可以更快地进行电气互连合理... 针对在传统的功率模块自动布局优化算法中,方案的电气评估效率低、占用大量计算时间的问题,提出利用格子波尔兹曼方法LBM(lattice Boltzmann method)代替传统评估方法,由于LBM不需要进行多个可逆矩阵的求解,可以更快地进行电气互连合理性判断及电压/电流计算。首先,在基于遗传算法自动布局设计程序的基础上,采用D2Q4格子类型建立二维布局评估方法;然后,通过ANSYS Q3D软件仿真验证了布局方案评估结果的准确性;最后,在Python3.10环境中进行对比测试,结果表明LBM平均缩短了75.4%的方案电气评估总时间,且评估方案中回路数量越多,LBM的计算优势越大。 展开更多
关键词 功率模块 遗传算法 格子波尔兹曼方法 阻抗评估
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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
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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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方幂好格子点法在车-桥系统随机动力分析的应用
11
作者 周子骥 张楠 严国兵 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第2期524-532,共9页
针对难以精确选取具有代表性的超高维随机相位角问题,采用方幂好格子点法生成代表性轨道不平顺样本,并将该样本作用于车-桥系统,得到轮轨力的均值与标准差;然后,通过对比虚拟激励法、确定性时程法和蒙特卡洛法的计算结果来探究该方法的... 针对难以精确选取具有代表性的超高维随机相位角问题,采用方幂好格子点法生成代表性轨道不平顺样本,并将该样本作用于车-桥系统,得到轮轨力的均值与标准差;然后,通过对比虚拟激励法、确定性时程法和蒙特卡洛法的计算结果来探究该方法的计算精度与计算效率;最后,采用线性与非线性轮轨接触关系研究考虑列车日运营量的脱轨系数阈值.以和谐号通过桥梁为例,计算结果表明:与蒙特卡洛法相比,采用方幂好格子点法生成不同方向的轨道不平顺样本之间的均匀性较好;方幂好格子点法求得的随机动力响应的概率特征参数与其他方法相比,具有较高的计算精度,其计算效率较蒙特卡洛法提高了近5倍;分别采用线性与非线性轮轨接触关系时所得的脱轨系数阈值相差达4.68%,方幂好格子点法具有较广泛适用性. 展开更多
关键词 车-桥系统 方幂好格子点法 均值与标准差 脱轨系阈值 非线性轮轨接触
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基于格子玻耳兹曼的油浸式变压器瞬态温升模拟与负载能力评估
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作者 于文旭 关向雨 +2 位作者 赵俊义 涂嘉毅 赖泽楷 《电工技术学报》 北大核心 2025年第10期3315-3325,共11页
现场变负荷运行条件下的油浸式变压器动态载荷(DTR)和热寿命损失与设备的瞬态温升密切相关。该文提出了一种耦合电网络的格子玻耳兹曼(LBM)物理在环仿真模型,实现对电网络约束下的DTR实时评估。采用D2Q9模型对流体流动和热格子玻耳兹曼... 现场变负荷运行条件下的油浸式变压器动态载荷(DTR)和热寿命损失与设备的瞬态温升密切相关。该文提出了一种耦合电网络的格子玻耳兹曼(LBM)物理在环仿真模型,实现对电网络约束下的DTR实时评估。采用D2Q9模型对流体流动和热格子玻耳兹曼方程(LBEs)进行求解捕获变压器内部瞬态的油流和温升过程;在Simulink环境中采用等价电流源模型构建多级负载的电网络约束,并将建立的变压器LBM模型作为元件进行数值封装完成物理在环的仿真模型构建。与有限体积法(FVM)相比,所建立的模型热点温升的稳态和瞬态求解结果的误差分别为2.60%和6.44%,热点温升变化趋势与变压器负载导则吻合,验证了所提方法的有效性。基于该模型对恒定25℃、夏季和冬季典型环境温度变化下的油浸式变压器负载能力进行了评估,结果显示在相对绝缘寿命损失小于1的前提下,环境温度恒定25℃、夏季典型变化温度和冬季典型变化温度下最大的负载系数分别为1.20、1.10和1.60。所提出的基于LBM的仿真模型对油浸式变压器温升的实时监测、负载能力评估和动态增容提供了一种有效方法。 展开更多
关键词 油浸式变压器 动态变压器载荷 格子玻耳兹曼方法 相对绝缘寿命
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基于对流扩散系统的不可压Navier-Stokes方程的多分布正则化格子Boltzmann方法
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作者 赵勇 葛懿萱 +2 位作者 陈鑫梦 陈震宇 汪垒 《力学学报》 北大核心 2025年第7期1597-1610,共14页
不可压Navier-Stokes方程组在环境科学、生物医学和流体力学等众多科学领域都扮演着十分重要的角色.发展求解不可压Navier-Stokes方程组的稳定高效数值模拟方法具有重要的科学价值和实际意义.为此,提出了一种求解不可压Navier-Stokes方... 不可压Navier-Stokes方程组在环境科学、生物医学和流体力学等众多科学领域都扮演着十分重要的角色.发展求解不可压Navier-Stokes方程组的稳定高效数值模拟方法具有重要的科学价值和实际意义.为此,提出了一种求解不可压Navier-Stokes方程组的多分布正则化格子Boltzmann(MDF-RLB)模型.该模型的核心思想是将不可压Navier-Stokes方程组转换为一个耦合的对流扩散系统,并针对该系统进行正则化格子Boltzmann方法的建模,即为系统中的每一个对流扩散方程(CDE)构造一个分布函数的演化方程.接着,通过Chapman-Enskog分析证明了该模型能够准确恢复基于对流扩散系统的不可压Navier-Stokes方程组.此外,本文推导了利用分布函数的零阶矩和一阶矩直接计算速度和压力,以及利用非平衡态分布函数的一阶矩来局部计算速度梯度、速度散度、应变率张量、切应力和涡度的公式.最后,通过一系列的基准解算例:二维泊肃叶流、简化二维四辊轧机问题以及二维顶盖驱动方腔流验证了本模型和这些物理量的局部计算格式的有效性和准确性.通过数值测试发现本模型和我们所提出的一些物理量的局部格式在空间上具有二阶收敛速率.同时,与多分布多松弛的格子Boltzmann(MDF-MRTLB)模型相比,MDF-RLB模型在某些情况下模拟结果更精确,且MDF-RLB模型具有更高的计算效率,计算时间减少了7%以上. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 不可压Navier-Stokes方程组 对流扩散系统 多重分布函数 正则化
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基于格子玻尔兹曼方法的附壁型空化泡演化模拟 被引量:3
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作者 袁浩 詹蝶 +1 位作者 宋翔 孙倩 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2024年第4期7-13,共7页
依托热流耦合格子玻尔兹曼方法,探究了壁面润湿性与液相黏滞系数对附壁型空化泡演化的影响,并基于双粒子分布函数的热流耦合伪势LBM空化模型对接触点开展了受力分析。结果表明:对于润湿性壁面,演化过程中动态接触角持续大于平衡态接触角... 依托热流耦合格子玻尔兹曼方法,探究了壁面润湿性与液相黏滞系数对附壁型空化泡演化的影响,并基于双粒子分布函数的热流耦合伪势LBM空化模型对接触点开展了受力分析。结果表明:对于润湿性壁面,演化过程中动态接触角持续大于平衡态接触角,导致其产生的非平衡杨氏力在空化泡生长期间产生迟滞效应,而在溃灭期间则加速了接触点的坍缩;对于非润湿性界面,非平衡杨氏力引发的迟滞效应在溃灭初期减缓了空化泡接触点的坍缩,而在最终溃灭阶段由于界面的剧烈形变,非平衡杨氏力加速了接触点坍缩;溃灭时刻微射流体积与平衡态接触角的余弦函数之间存在指数关系;黏滞系数增大会减小微射流体积,同时延长空化泡演化时间。 展开更多
关键词 附壁型空化泡 接触点动力机制 壁面润湿性 黏滞系数 格子玻尔兹曼方法
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沟槽表面液滴动力学的格子玻尔兹曼模拟 被引量:3
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作者 唐志文 许波 +1 位作者 王鑫 陈振乾 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期495-502,共8页
针对液滴在微结构表面上的润湿行为及各向异性浸润行为,采用格子玻尔兹曼方法模拟研究了沟槽表面尺寸、液滴尺寸及重力场对液滴动力学行为的影响.结果表明,垂直接触角大于平行接触角,且与肋板宽度成反比,随沟槽宽度的增加先增大后减小,... 针对液滴在微结构表面上的润湿行为及各向异性浸润行为,采用格子玻尔兹曼方法模拟研究了沟槽表面尺寸、液滴尺寸及重力场对液滴动力学行为的影响.结果表明,垂直接触角大于平行接触角,且与肋板宽度成反比,随沟槽宽度的增加先增大后减小,平行接触角则与沟槽表面尺寸无关.液滴半径、液滴接触角和壁面固体分数相互关联,且壁面固体分数、液滴半径和重力系数与液滴变形比成正相关关系.液滴沿垂直沟槽方向上的铺展运动具有较大的能量壁垒,呈现各向异性浸润行为.液滴半径的增大和重力场的增强均可削弱液滴的各向异性浸润行为,并可通过改变壁面固体分数达到改变液滴状态的目的. 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼方法 液滴 润湿态 各向异性
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格子Boltzmann方法多层网格负载均衡算法优化研究 被引量:1
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作者 何鹏 王良军 +1 位作者 张武 朱文浩 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3097-3110,共14页
基于格子Boltzmann方法的多层网格局部加密技术,通过多尺度网格计算不同层次的流动特征,避免了单层均匀笛卡尔网格中的低效率与计算资源的浪费,但仍存在并行性能上的不良影响.本文考虑并行计算中的负载均衡效应,从单层网格出发,通过考... 基于格子Boltzmann方法的多层网格局部加密技术,通过多尺度网格计算不同层次的流动特征,避免了单层均匀笛卡尔网格中的低效率与计算资源的浪费,但仍存在并行性能上的不良影响.本文考虑并行计算中的负载均衡效应,从单层网格出发,通过考虑多层网格的运算特点来研究基于负载均衡的网格划分方法.同时,将网格划分与程序实现进行分离,在单层和多层网格中均完成了任意网格划分下的并行计算.在单层网格中,以二维血管流动的不同并行策略为例,研究了负载量划分与不同进程的各自时间开销的关系.在多层网格中,首先论述了多尺度网格在运算顺序上的特征,其次以三种不同的多层网格验证二维翼型绕流的计算结果,最后在每种网格中均使用三种不同的网格划分方法进一步探讨负载均衡与时间开销的关系.在128核的高性能计算平台上进行并行性能测试,强可扩展性可达到60%左右,弱可扩展性可达到82.78%.这种高可扩展性结果表明本文通过改进负载均衡性能,明显提升了多层网格计算中的并行性能. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 多层网格 大规模并行计算 负载均衡
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正则化相场格子玻尔兹曼两相流模型 被引量:1
17
作者 李游 李贵 +2 位作者 李桥忠 代安定 牛小东 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2259-2270,共12页
目前,基于相场理论的格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann,LB)模型已经被广泛应用于气-液两相流流动问题中.为了提高已有相场LB模型的数值稳定性,提出了一种新型的正则化相场格子玻尔兹曼模型(regularized lattice Boltzmann model,RLBM)用... 目前,基于相场理论的格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann,LB)模型已经被广泛应用于气-液两相流流动问题中.为了提高已有相场LB模型的数值稳定性,提出了一种新型的正则化相场格子玻尔兹曼模型(regularized lattice Boltzmann model,RLBM)用于模拟大密度比和大黏度比的气液两相流动.该模型由界面追踪和流场求解两个核心模块构成,其中界面变化采用守恒型Allen-Cahn (A-C)相场方程控制,流场演化则通过不可压NavierStokes (N-S)方程控制.首先,构建了两个正则化格子玻尔兹曼方程(lattice Boltzmann equation,LBE)分别获取流场信息和相场信息.与标准的单松弛模型不同的是,提出的模型在演化方程的碰撞项中引入了非平衡态的预前碰撞函数,且该预前碰撞项仅与宏观量有关.通过Chapman-Enskog (C-E)多尺度展开分析,证实了所提出的模型能够准确地恢复到宏观流场控制方程和相场控制方程.进一步地,为了验证本模型的有效性,模拟了4个两相流典型算例,包括静态液滴、Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性问题、气泡上升和单个液滴撞击液膜.数值结果证实了提出的模型能够准确地模拟大密度比、大黏度比、大雷诺数下的气液两相流流动问题.更重要的是,相较于传统的相场单松弛模型在小的迁移率(θ_(M)<2.0×10^(-2))下就会诱发数值方法不收敛的问题,提出的模型在模拟迁移率较小(θ_(M)=1.0×10^(-6))的复杂两相流动时表现出更好的稳定性,能够更准确地刻画界面流动,捕捉界面形态. 展开更多
关键词 正则化相场模型 气-液两相流 Allen-Cahn方程 格子玻尔兹曼方法
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基于卷积神经网络的超分辨率格子Boltzmann方法研究 被引量:1
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作者 罗仁宇 李奇志 +3 位作者 祖公博 黄云进 杨耿超 姚清河 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3612-3624,共13页
对于隧道突涌水、飞行器和汽车外形设计等与流动相关的问题,通常使用计算流体力学(CFD)来预测流场特征和分析结构性能,为设计的快速迭代提供技术支撑.然而,高精度CFD仿真需要大量的计算资源.近年来,基于机器学习的超分辨率流场重构方法... 对于隧道突涌水、飞行器和汽车外形设计等与流动相关的问题,通常使用计算流体力学(CFD)来预测流场特征和分析结构性能,为设计的快速迭代提供技术支撑.然而,高精度CFD仿真需要大量的计算资源.近年来,基于机器学习的超分辨率流场重构方法在流体力学领域取得了重大进展.本文首次基于格子Boltzmann方法(LBM),结合卷积神经网络,建立新的超分辨率流场重构模型(SRLBM),将介观分布函数从低分辨率重建至高分辨率,进而还原宏观速度场与涡量场.首先,使用LBM模拟了不同雷诺数下的二维圆柱绕流,从多方面与文献进行对比,验证了LBM的准确性.然后,将二维圆柱绕流数据作为SRLBM的训练集,并对比不同缩放系数下SRLBM的重建效果.结果表明,SRLBM在不同缩放系数下均能准确恢复高分辨率分布函数.在8倍缩放系数下,相比双三次插值重建方法,SRLBM重建的分布函数误差降低了近60%,宏观场误差降低了近70%.即使在32倍缩放系数下,SRLBM还原的宏观场与直接数值模拟结果基本保持一致.固体体积分数作为额外输入通道可有效提高SRLBM的预测能力,在32倍缩放系数下,可使圆柱区域相对误差降低近40%.SRLBM具有一定的泛化能力,当缩放系数为8时,在一定雷诺数范围内重建的高分辨率流场误差小于3%.因此,SRLBM在经过充分训练后,具备成为高精度复杂流场快速重构方法的潜力. 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼方法 深度学习 超分辨率 卷积神经网络 流场重构
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岩石边坡格子梁客土喷播工程土壤与植被特征分析 被引量:1
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作者 高小虎 李本鹏 +3 位作者 申新山 宋桂龙 齐韵涛 詹喜凡 《中国水土保持》 2024年第4期53-57,共5页
岩石边坡格子梁客土喷播工程是一种“坡体稳定防护+坡面植被恢复”的综合防护模式。为探讨格子梁在坡面形成的独立单元空间对植被恢复产生的影响,为相关工程设计及施工提供借鉴和参考,以山东省某岩石边坡格子梁客土喷播工程区为研究区,... 岩石边坡格子梁客土喷播工程是一种“坡体稳定防护+坡面植被恢复”的综合防护模式。为探讨格子梁在坡面形成的独立单元空间对植被恢复产生的影响,为相关工程设计及施工提供借鉴和参考,以山东省某岩石边坡格子梁客土喷播工程区为研究区,持续4 a对格子梁客土喷播区(简称“格子梁区”)和无格子梁客土喷播区(简称“无格子梁区”)的土壤含水量、土壤硬度、土壤厚度和植被进行观测,结果发现两个区域土壤和植被情况存在一定差异:格子梁能够改变坡面小生境,梁体周围的土壤水分更容易蒸发,土壤硬度值偏大;格子梁区单元格内高位测点的土壤含水量远低于中、低位测点和无格子梁区测点的土壤含水量,且格子梁区单元格内高位测点土壤迁移剧烈,植被覆盖度低。因此,岩石边坡格子梁绿化工程应解决格子梁单元格内的土壤迁移和水分保持问题,以避免形成不一致的植被恢复效果。 展开更多
关键词 岩石边坡 格子 客土喷播 土壤特性 植被恢复
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含孔板微通道内随流气泡运动的两相格子Boltzmann模拟
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作者 丁弘毅 王治云 +2 位作者 赵敬帅 王楠 娄钦 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第1期97-109,共13页
带有气泡的两相流系统存在于各种工业过程中,涉及复杂的相界面变化,但气泡在管道中伴随液相流动时,通过孔板的运动过程尚未有充分的研究结果.相场格子Boltzmann模型在模拟复杂界面方面具有优势,适合研究气泡两相流在含孔板微通道内的运... 带有气泡的两相流系统存在于各种工业过程中,涉及复杂的相界面变化,但气泡在管道中伴随液相流动时,通过孔板的运动过程尚未有充分的研究结果.相场格子Boltzmann模型在模拟复杂界面方面具有优势,适合研究气泡两相流在含孔板微通道内的运动,分析We数、气泡相对大小和孔板表面润湿性等因素对气泡动力学特性的影响.数值计算结果显示,随着We数增加,气泡表面张力减小,导致其穿过孔板结构时更易被撕裂,峰值速度降低.在研究的参数范围内存在两个临界直径比,这两个临界值将气泡通过孔板的运动分成三种形态,而且临界直径比会随We数的增加而减小.另外,随着接触角的增大,孔板表面对气体的吸附能力加强,气泡与孔板表面的接触面积增加,引起穿过孔板气泡的质量减少和气泡通过的速度增加. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 气泡运动 孔板 两相流 润湿性
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