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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 浅水方程 数值模拟
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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Lattice Boltzmann方法的洪水演进模拟 被引量:1
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作者 刘宁宁 时勇 孙华林 《中国农村水利水电》 北大核心 2022年第6期133-137,共5页
采用离散方法求解圣维南方程组的简化形式来推求下游断面未来洪水过程是目前洪水演算中最为常见的水力学方法。但这种方法存在的数值不稳定、计算速度慢等问题,也是目前宏观方法描述流体运动的一个挑战。Lattice Boltzmann方法以粒子速... 采用离散方法求解圣维南方程组的简化形式来推求下游断面未来洪水过程是目前洪水演算中最为常见的水力学方法。但这种方法存在的数值不稳定、计算速度慢等问题,也是目前宏观方法描述流体运动的一个挑战。Lattice Boltzmann方法以粒子速度分布函数为研究对象,在求解非线性偏微分方程组时,将非线性偏微分方程组转化为Lattice Boltzmann演进方程,从而变为简单的线性方程,使得计算效率得到大大提高。研究选用线性扩散波方程来描述河道洪水波运动,采用对空间坐标不进行多尺度处理,而对时间坐标引入五个时间尺度的多尺度展开方式,建立了线性扩散波方程的Lattice Boltzmann方法D1Q5速度模型,进而推求下断面洪水过程。文中分别采用Muskingum法、解析解法和Lattice Boltzmann方法的D1Q5速度模型对长江上游龙街—乔家河段、湖南资水柘溪水电站下游江南—夫溪河段进行洪水演算,3种方法的洪峰相对误差、峰现时间、确定性系数模拟的结果相似,从而验证了Lattice Boltzmann方法的准确性。同时分析了时间步长、空间步长和弛豫时间的选取对计算精度的影响。结果表明:Lattice Boltzmann方法可以很好的预测洪水过程,且计算效率较宏观方法得到大大提高,空间步长的取值比时间步长的取值对精度的影响大,在进行洪水演算时,应结合上下游断面长度,选取合适的空间步长,弛豫时间τ的取值不宜过大,建议在[1.5,3]范围内为宜。 展开更多
关键词 lattice boltzmann方法 扩散波方程 平衡态分布函数 弛豫时间
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用改进的Lattice Boltzmann模型研究对流Cahn-Hilliard系统振荡
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作者 张立升 张智勇 +1 位作者 马凯华 李国放 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第2期15-26,共12页
对流Cahn-Hilliard(简称C-H)系统是一类连续介质模型,可描述二元系统中相变行为,其应用涉及固体理论、激发数学、材料科学等多个学科领域,且因其高度非线性的特征、丰富的动力学现象受到研究者广泛关注。本文利用Lattice Boltzmann(简称... 对流Cahn-Hilliard(简称C-H)系统是一类连续介质模型,可描述二元系统中相变行为,其应用涉及固体理论、激发数学、材料科学等多个学科领域,且因其高度非线性的特征、丰富的动力学现象受到研究者广泛关注。本文利用Lattice Boltzmann(简称LB)方法将一维对流C-H系统的高阶空间导数项构造成源项,建立改进的LB方法计算格式,导出系统传播矩阵并分析了数值求解的稳定性对时空比例因子的选择要求。利用所得LB模型发现,系统对流强度k变大一方面会减小系统的振荡幅度A,并在较强对流时与系统振动幅度呈现出不依赖于初态的幂律特征;另一方面,系统的对流强度增加会促使系统的振荡频率变大,并在此过程中存在明显的频率跳变现象。进一步探究发现,不同初态可使系统演化至不同频率的周期振荡,而相同参数条件下多频共存的情况揭示了系统的动力学在大尺度下的混沌行为。 展开更多
关键词 latticeBoltzamann方法 对流Cahn-Hilliard方程 振荡幅度 幂律特征 频率跳变 多频共存 混沌
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封闭方腔自然对流的格子-Boltzmann方法动态模拟 被引量:9
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作者 童长青 何雅玲 +1 位作者 王勇 刘迎文 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期32-36,共5页
以压力分布函数和内能密度分布函数为基本演化变量,构建了一个新的不可压缩的双分布函数热格子-Boltzmann模型.对封闭方腔内自然对流进行数值分析的结果表明,该模型可以克服原模型的可压缩效应,并在一定程度上提高了计算结果的数值精度... 以压力分布函数和内能密度分布函数为基本演化变量,构建了一个新的不可压缩的双分布函数热格子-Boltzmann模型.对封闭方腔内自然对流进行数值分析的结果表明,该模型可以克服原模型的可压缩效应,并在一定程度上提高了计算结果的数值精度.以此模型动态模拟封闭方腔自然对流的形成和演化过程的结果表明:Ra越大,流场的演化越复杂,稳定状态下方腔内涡的数量越多,高低温壁面附近的换热越强烈,压强逐渐呈现出中心低,上、下壁面附近高的对称分布. 展开更多
关键词 格子-boltzmann 自然对流 动态模拟
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充满多孔介质的方腔内双扩散自然对流格子Boltzmann模拟 被引量:5
6
作者 李贝贝 严祯荣 +2 位作者 陈建 徐洪涛 杨茉 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2016年第2期184-194,共11页
采用格子Boltzmann方法,对4个壁面均为低温、低浓度,内置高浓度发热圆的充满均匀多孔介质的方腔内双扩散自然对流现象进行了数值模拟研究.分析了Darcy(达西)数Da(10-4≤D_a≤10^(-2))和浮升力比B(-5.0≤B≤5.0)对内部发热圆表面平均Nuss... 采用格子Boltzmann方法,对4个壁面均为低温、低浓度,内置高浓度发热圆的充满均匀多孔介质的方腔内双扩散自然对流现象进行了数值模拟研究.分析了Darcy(达西)数Da(10-4≤D_a≤10^(-2))和浮升力比B(-5.0≤B≤5.0)对内部发热圆表面平均Nusselt(努赛尔)数Nuav和平均Sherwood(舍伍德)数Shav的影响.模拟结果表明:除B=-1.0时,Nu_(av)和Sh_(av)随D_a的增加而增大;当-5.0<B<5.0,在D_a=10^(-4)时,Nu_(av)和Sh_(av)几乎不受B变化的影响;在Da=10^(-3)和Da=10^(-2)时,Nu_(av)和Sh_(av)随B的增加先减小后增大,在B=-1.0时取得最小值. 展开更多
关键词 方腔 多孔介质 双扩散自然对流 格子boltzmann 数值模拟
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一维有源扩散方程的格子Boltzmann方法 被引量:4
7
作者 邓敏艺 刘慕仁 +2 位作者 李珏 何云 孔令江 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2000年第1期9-12,共4页
给出了一维有源扩散方程的格子Boltzmann模型 ,从统计物理的角度导出了宏观有源扩散方程 ,确定了局域平衡分布函数Chapman Eskog展开的待定系数 。
关键词 有源扩散方程 格子boltzmann方法 计算机模拟
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二维Selkov反应扩散模型的格子Boltzmann方法模拟 被引量:6
8
作者 邓敏艺 刘慕仁 孔令江 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2004年第3期1-4,共4页
建立了二维 Selkov反应扩散模型的格子 Boltzmann方法 ,进行计算机模拟演化 ,模拟出 Selkov反应的均匀定态、极限环、图灵斑图、环状波等空间结构 ,表明在模拟求解流速为零情况下的反应扩散方程时 。
关键词 理论物理 反应扩散模型 格子boltzmann方法 计算机模拟
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二维反应扩散方程的格子Boltzmann方法模拟 被引量:5
9
作者 邓敏艺 刘慕仁 孔令江 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2001年第1期1-6,共6页
建立了二维反应扩散方程五速四方格子模型的格子 Boltzmann方法 ,进行计算机模拟演化 ,分析模拟结果 ,并与 S Chen利用七速六方格子模型得到的结果进行比较 ,得出在模拟求解流速为零情况下的反应扩散方程时 。
关键词 反应扩散方程 格子boltzmann方法 计算机模拟 五速四方格子模型 七速六方格子模型
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二维对流扩散方程的格子Boltzmann方法模拟 被引量:5
10
作者 邓敏艺 刘慕仁 孔令江 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 1999年第3期1-5,共5页
用九速正方格子模型给出二维对流扩散方程的格子 Boltzm ann 方法.由对流扩散方程的对流系数和扩散系数确定局域平衡分布函数系数.计算机模拟结果与理论结果很好吻合.
关键词 对流扩散方程 boltzmann方法 对流系数 扩散系数
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一类偏微分方程的格子Boltzmann模型 被引量:4
11
作者 戴厚平 郑洲顺 段丹丹 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2016年第3期21-26,共6页
研究了对流扩散方程、Burgers方程和Modified-Burgers方程等具有相同形式的一类偏微分方程。并且构建了带修正函数项的D1Q3格子Boltzmann模型求解这类方程。为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导... 研究了对流扩散方程、Burgers方程和Modified-Burgers方程等具有相同形式的一类偏微分方程。并且构建了带修正函数项的D1Q3格子Boltzmann模型求解这类方程。为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡态分布函数和修正函数的具体表达式。数值计算结果表明该模型是稳定、有效的。 展开更多
关键词 格子boltzmann模型 对流扩散方程 BURGERS方程 Modified-Burgers方程 D1Q3模型
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Burgers方程定态激波解的格子Boltzmann方法模拟 被引量:3
12
作者 李珏 李华兵 +1 位作者 孔令江 刘慕仁 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2000年第2期1-5,共5页
用一维 5速格子Boltzmann方法推导一维Burgers方程 ,采用Chapman Enskog展开的局域平衡分布函数形式并由守恒方程确定其展开系数 最后用格子Boltzmann方法模拟了对流系数ν=1 ,扩散系数D =0 .3 3 3 3的一维Burgers方程的激波解
关键词 BURGERS方程 格子boltzmann方法 数值模拟
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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
13
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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明渠水流-水质模型的格子Boltzmann方法 被引量:4
14
作者 李毅能 黄平 《中山大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期103-107,共5页
建立了一个明渠水流-水质的格子Boltzmann模型(LBM),经过Chapman-Enskog展开可以得出守恒形式的二维明渠浅水动力学方程组和对流扩散方程。对于浓度场,针对各向异性的紊动扩散系数提出改进的简化LBM模型,即松弛时间在纵向和横向不一致... 建立了一个明渠水流-水质的格子Boltzmann模型(LBM),经过Chapman-Enskog展开可以得出守恒形式的二维明渠浅水动力学方程组和对流扩散方程。对于浓度场,针对各向异性的紊动扩散系数提出改进的简化LBM模型,即松弛时间在纵向和横向不一致以及平衡分布函数不含流速的二阶项,更符合宏观方程。数值模拟了污染物的非对称扩散稳态和对流扩散输送的二维稳态问题,并与理论解进行了对比,相对误差在3%以下。对于二维恒定流下事故瞬时排放污染物的动态扩散输送问题,结果较好的反映了下游取水口处浓度增值随时间变化的高斯分布,和一阶迎风有限体积通量向量分裂法(FVS)的计算结果对比相对误差不大于1.8%。本模型具有很好的并行计算性能,在环境污染模拟与预测的数值计算领域有着广阔的发展前景。 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 浅水方程 对流扩散 守恒定律
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一维对流扩散方程的格子Boltzmann方法 被引量:2
15
作者 刘慕仁 何云 +1 位作者 陈若航 孔令江 《广西科学》 CAS 1999年第3期168-169,共2页
给出一维对流扩散方程的格子 Boltzm ann 方法, 并确定方法中的粘滞系数与对流系数的关系,
关键词 对流扩散方程 对流系数 计算机模拟 格子B法
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三维斑图形成的格子Boltzmann方法模拟 被引量:2
16
作者 李青 徐旭峰 周美莲 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期516-518,共3页
该文给出了模拟三维反应-扩散方程组的格子Boltzmann方法的Lattice Bhatnagar-Gross-Krook(简记LBGK)模型D3Q7.并用该模型模拟了氯—碘—丙二酸反应动力学模型中的图灵斑图和螺旋波斑图的形成.
关键词 格子波尔兹曼方法 反应-扩散方程 图灵斑图
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一维反应扩散问题的格子Boltzmann方法模拟
17
作者 邓敏艺 刘慕仁 孔令江 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2000年第4期8-13,共6页
建立求解一维反应扩散方程的格子 Boltzmann方法 ,由格子 Boltzmann方程推导出反应扩散方程 ,得出一维情况下扩散系数的表达式 ,对 Schlo¨ gl,Selkov两种反应的反应扩散方程进行线性稳定性分析 ,根据线性稳定性分析得出的控制参数... 建立求解一维反应扩散方程的格子 Boltzmann方法 ,由格子 Boltzmann方程推导出反应扩散方程 ,得出一维情况下扩散系数的表达式 ,对 Schlo¨ gl,Selkov两种反应的反应扩散方程进行线性稳定性分析 ,根据线性稳定性分析得出的控制参数范围进行计算机格子 Boltzmann方法模拟 ,从定量上证明该方法用于反应扩散问题研究的可行性 . 展开更多
关键词 反应扩散方程 格子Boltamann方法 计算机模拟
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格子Boltzmann方法模拟咸水吸收CO2的Rayleigh对流过程
18
作者 付博 田建昌 +3 位作者 刘菊 张润叶 陈慕华 朱新宝 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期642-651,共10页
由溶解的CO2引发的Rayleigh对流,对咸水层中CO2的捕获与封存至关重要。为了更加直观地了解该过程的混合规律和盐浓度变化带来的影响,本文采用格子Boltzmann方法 (LBM)对该过程进行了模拟。通过建立包含密度和浓度分布函数的双分布模型,... 由溶解的CO2引发的Rayleigh对流,对咸水层中CO2的捕获与封存至关重要。为了更加直观地了解该过程的混合规律和盐浓度变化带来的影响,本文采用格子Boltzmann方法 (LBM)对该过程进行了模拟。通过建立包含密度和浓度分布函数的双分布模型,同时引入静电力和体积力等外力项,对293.15K、101kPa下有多个离散的CO2扩散源时的浓度分布进行了模拟。结果表明,模拟得到的Rayleigh对流结构、对流发生时间、流场速度和瞬时传质通量的数量级与前人研究结果一致;在咸水吸收CO2过程中,Rayleigh对流结构可有效强化传质;瞬时传质通量随着时间增长先减小后增大再减小,对应了Rayleigh对流结构产生、发展、稳定的变化过程。同时模拟CO2在纯水和不同盐浓度咸水中的溶解过程结果表明,盐浓度的增加会延迟Rayleigh对流的开始时间、降低传质效率,这与前人的实验结果一致,模拟结果可为不同盐浓度咸水层中CO2的封存提供指导。 展开更多
关键词 二氧化碳捕集与封存 格子boltzmann方法 模拟 吸收 Rayleigh对流 传质
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基于格子Boltzmann方法的量子等离子体离子声波的数值模拟
19
作者 王慧敏 刘艳红 《吉林大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2020年第6期1334-1338,共5页
用格子Boltzmann方法(LBM)研究由KPB(Kadomtsev-Petviashvili-Burgers)方程控制的量子等离子体中离子声波的数值模拟问题,得到了KPB方程中离子声波的传播演化结果.
关键词 Kadomtsev-Petviashvili-Burgers方程 格子boltzmann方法 量子等离子体 离子声波 数值模拟
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求解二维对流扩散方程的格子Boltzmann方法 被引量:4
20
作者 彭碧涛 郑洲顺 +2 位作者 刘红娟 汤慧萍 王建忠 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2015年第23期68-73,共6页
针对二维对流扩散方程,基于D2Q4格子速度,用Chapman-Enskog多尺度分析技术,将时间尺度取为二阶,空间尺度取为一阶,推导了各个速度方向上的平衡态分布函数所满足的条件,给出了简单且对称的平衡态分布函数表达式,所得到的平衡态分布函数... 针对二维对流扩散方程,基于D2Q4格子速度,用Chapman-Enskog多尺度分析技术,将时间尺度取为二阶,空间尺度取为一阶,推导了各个速度方向上的平衡态分布函数所满足的条件,给出了简单且对称的平衡态分布函数表达式,所得到的平衡态分布函数能正确地恢复出二维对流扩散方程,从而构建了一种新的求解二维对流扩散方程的D2Q4格子Boltzmann(LB)模型。用所给LB模型对扩散方程和两个不同初边界条件的对流扩散方程进行了数值求解,数值实验结果表明数值解与精确解吻合较好,与相关文献结果比较边界误差要小得多,验证了模型的有效性。 展开更多
关键词 对流扩散方程 格子boltzmann方法 D2Q4模型 多尺度分析技术
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