基于格子Boltzmann法的柱群布置对污染物分布影响研究

1

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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变系数Wave-Like方程的格子Boltzmann模型 被引量：1

3

作者 史秀波 闫广武 《吉林大学学报（理学版）》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期585-590,共6页

用格子Boltzmann方法研究变系数wave-like方程,构建了变系数wave-like方程的格子Boltzmann模型.先运用该模型对二维和三维wave-like问题进行数值模拟,再将格子Boltzmann数值解与其解析结果进行比较.结果表明,该方法可以用于模拟变系数wa... 用格子Boltzmann方法研究变系数wave-like方程,构建了变系数wave-like方程的格子Boltzmann模型.先运用该模型对二维和三维wave-like问题进行数值模拟,再将格子Boltzmann数值解与其解析结果进行比较.结果表明,该方法可以用于模拟变系数wave-like问题. 展开更多

关键词 格子boltzmann模型 变系数wave-like方程 高阶矩方法

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基于Lattice Boltzmann方法的洪水演进模拟 被引量：1

4

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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用格子Boltzmann方程模拟浅水波问题 被引量：9

5

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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用格子Boltzmann方法模拟MKDV方程的行波解 被引量：5

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作者 张超英 谭惠丽 +1 位作者 刘慕仁 孔令江 《广西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 2003年第3期13-16,共4页

用精确到0(ε4)的5速格子Boltzmann模型较系统地对MKDV方程:ut+θu2ux+βuxxx=0的行波解进行了模拟,并将模拟的数值结果与相应的理论结果进行了比较,模拟值与理论值吻合很好.

关键词 MKDV方程 行波解 格子boltzmann方法 非线性偏微分方程 数值模拟 格子boltzmann模型

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用格子Boltzmann方法模拟KdV-Burgers方程的激波解 被引量：4

7

作者 孔令江 张超英 +1 位作者 谭惠丽 刘慕仁 《广西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 2003年第4期1-4,共4页

采用单弛豫形式的格子Boltzmann方程,建立KdV-Burgers方程的Boltzmann模型,并数值模拟了KdV-Burgers方程的激波解。

关键词 格子boltzmann方法 KDV-BURGERS方程 激波解 单弛豫形式 流体力学

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浅水动力学的格子Boltzmann模拟 被引量：7

8

作者 刘峰 胡非 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期35-40,共6页

建立了一个格子Boltzmann模型 ,经过Chapman Enskog展开可以恢复出守恒形式的浅水动力学方程组。理论分析和数值试验的结果都表明 ,本模型严格地满足质量守恒定律和动量定理。数值模拟了一维和二维溃坝流动 ,分别与理论解和文献值进行... 建立了一个格子Boltzmann模型 ,经过Chapman Enskog展开可以恢复出守恒形式的浅水动力学方程组。理论分析和数值试验的结果都表明 ,本模型严格地满足质量守恒定律和动量定理。数值模拟了一维和二维溃坝流动 ,分别与理论解和文献值进行了对比 ,结果相当吻合。本模型具有很好的并行计算性能 ,在海洋、大气等大规模数值计算领域有着广阔的发展前景。 展开更多

关键词 动力学 格子boltzmann模拟 浅水方程 守恒定律 并行计算

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二维明渠非恒定流的格子Boltzmann模拟 被引量：9

9

作者 程永光 索丽生 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期9-14,共6页

根据二维浅水波方程的特点,应用由格子Boltzmann方程展开的多尺度方程,建立了一个能模拟二维明渠非恒定流的格子Boltzmann模型。通过对一维溃坝波和二维圆形溃坝波的模拟分析,验证了该模型的有效性。以某水电站尾水渠为例,模拟分析了由... 根据二维浅水波方程的特点,应用由格子Boltzmann方程展开的多尺度方程,建立了一个能模拟二维明渠非恒定流的格子Boltzmann模型。通过对一维溃坝波和二维圆形溃坝波的模拟分析,验证了该模型的有效性。以某水电站尾水渠为例,模拟分析了由机组甩负荷和增负荷引起的水位波动规律,为尾水渠的设计提供了依据。 展开更多

关键词 boltzmann方法 非恒定流 二维浅水波方程 尾水明渠

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明渠水流-水质模型的格子Boltzmann方法 被引量：4

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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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某些电磁波传播问题的格子Boltzmann模拟 被引量：3

11

作者 刘艳红 闫广武 《吉林大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2019年第2期271-276,共6页

用格子Boltzmann方法考虑空间不含源项的Maxwell方程组,先构建Maxwell方程组的格子Boltzmann模型并进行数值实验,然后将格子Boltzmann方法与其他传统方法得到的数值解进行比较.结果表明,格子Boltzmann方法是一种求解Maxwell方程组的有... 用格子Boltzmann方法考虑空间不含源项的Maxwell方程组,先构建Maxwell方程组的格子Boltzmann模型并进行数值实验,然后将格子Boltzmann方法与其他传统方法得到的数值解进行比较.结果表明,格子Boltzmann方法是一种求解Maxwell方程组的有效方法. 展开更多

关键词 格子boltzmann方法 MAXWELL方程 电磁波传播

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热波方程的格子Boltzmann模型 被引量：1

12

作者 史秀波 闫广武 《吉林大学学报（理学版）》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期437-440,共4页

用格子Boltzmann方法(LBM)研究热波方程,构建了热波方程的格子Boltzmann模型,运用该模型对一维和二维热波问题进行数值模拟,并将LBM数值解与其他经典结果进行比较,表明该方法可以用于模拟热波问题.

关键词 格子boltzmann模型 热波方程 高阶矩方法

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一维Complex Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann方法研究

13

作者 周建槐 邓敏艺 +2 位作者 唐国宁 孔令江 刘慕仁 《广西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2008年第4期18-21,共4页

首先对一维Complex Ginzburg-Landau方程(CGLE)进行实虚部分离,在系数c1=0的情况下,由格子Boltzmann方程推导出宏观反应扩散方程,确定粒子速度和弛豫时间的关系;然后从数值模拟方面有效地分析了方程解的相图轨道、波形图随波数k以及反... 首先对一维Complex Ginzburg-Landau方程(CGLE)进行实虚部分离,在系数c1=0的情况下,由格子Boltzmann方程推导出宏观反应扩散方程,确定粒子速度和弛豫时间的关系;然后从数值模拟方面有效地分析了方程解的相图轨道、波形图随波数k以及反应参数c2的变化。 展开更多

关键词 格子boltzmann模型 COMPLEX Ginzburg—Landau方程 波数

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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

14

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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耦合非线性Schrdinger方程组孤波解的格子Boltzmann模拟

15

作者 王慧敏 《吉林大学学报（理学版）》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1098-1102,共5页

使用格子Boltzmann方法模拟耦合非线性Schrdinger方程组的孤波解.构建了耦合非线性Schrdinger方程组的格子Boltzmann模型,并进行了数值实验.数值实验结果表明,格子Boltzmann方法是模拟耦合非线性Schrdinger方程组孤波解的有效方法.

关键词 耦合非线性Schrdinger方程组 格子boltzmann方法 孤波解

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层射流的格子Boltzmann方法的数值模拟 被引量：2

16

作者 李元 段雅丽 +1 位作者 郭彦 刘儒勋 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2009年第4期417-424,共8页

通过引入一种格子Boltzmann方法的特殊边界处理,对对称和非对称的层射流进行有效的数值研究,模拟结果与已有的数值结果非常吻合.表明了格子Boltzmann方法解层射流问题的高效与稳定.

关键词 格子boltzmann方法 浅水方程 层射流

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求解浅水波方程的并行物理信息神经网络算法 被引量：2

17

作者 靳放 郑素佩 +1 位作者 封建湖 林云云 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期352-358,共7页

双曲守恒律方程是一类比较特殊的偏微分方程,其数值求解方法的研究一直是一个热点问题,一个显著特性是即使初始条件是光滑的,其解也可能会发展成间断。浅水波方程作为非线性双曲守恒律方程,由于间断解的存在,其精确求解存在很大困难。... 双曲守恒律方程是一类比较特殊的偏微分方程,其数值求解方法的研究一直是一个热点问题,一个显著特性是即使初始条件是光滑的,其解也可能会发展成间断。浅水波方程作为非线性双曲守恒律方程,由于间断解的存在,其精确求解存在很大困难。针对浅水波方程数值求解问题,本文基于PINN(Physics informed neural networks)反问题网络结构构造新的网络,构造的网络结构包括两个并行的神经网络,其中一个网络与已知状态数据(熵稳定格式加密求出)相关,另一个网络与方程本身相关。利用已知速度数据结合浅水波方程本身求解未知水深,最终通过一些数值算例验证网络的可行性。结果表明,新的网络结构可用于浅水波方程求解,利用速度数据可以较为精确地推算出水深。 展开更多

关键词 浅水波方程 深度学习 神经网络 激波

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基于LBM的自由表面流体真实感绘制 被引量：11

18

作者 王长波 张卓鹏 +3 位作者 张强 钱嫕婧 张洁钰 徐天慧 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期104-110,共7页

针对自由表面流体的模拟,提出一种基于Lattice Boltzmann(LBM)的高效建模和绘制的方法.首先基于浅水方程的LBM模型进行流体建模及表面高度场计算,并提出一种基于Marching Cubes和自由表面算法结合的方法来抽取流体的表面,随后采用考虑... 针对自由表面流体的模拟,提出一种基于Lattice Boltzmann(LBM)的高效建模和绘制的方法.首先基于浅水方程的LBM模型进行流体建模及表面高度场计算,并提出一种基于Marching Cubes和自由表面算法结合的方法来抽取流体的表面,随后采用考虑移动障碍物的外力叠加机制和自适应加密算法来进行流体交互及表面的网格重构.最后采用硬件加速技术实现了不同自由表面流体的绘制,如溪流、水池浅水流、洪水水淹等真实感效果. 展开更多

关键词 lattice boltzmann方法 浅水方程 自由表面 流体模拟

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浅水波浪数值模型SWAN的原理及应用综述 被引量：49

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作者 徐福敏 张长宽 陶建峰 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期538-542,共5页

概述了模拟海岸、河口的浅水波浪数值模型研究现状、存在的问题以及用能量平衡方程预报海浪的发展历史。介绍了基于当代最新波浪理论研究成果的第三代浅水波浪数值模型SWAN模型,对模型的适用性、数值特性、功能及局限性进行了阐述。介... 概述了模拟海岸、河口的浅水波浪数值模型研究现状、存在的问题以及用能量平衡方程预报海浪的发展历史。介绍了基于当代最新波浪理论研究成果的第三代浅水波浪数值模型SWAN模型,对模型的适用性、数值特性、功能及局限性进行了阐述。介绍动谱平衡方程数学模型、方程离散要求、边界条件的处理和源项(包括能量输入、损耗及波与波之间非线性相互作用)的处理方法,重点介绍三相波非线性相互作用。模拟海安湾有效波高、波周期场,并分析波与波之间非线性相互作用对波浪要素预报的影响,最后对SWAN模型的应用前景和研究趋势进行了展望。 展开更多

关键词 浅水波 SWAN模型 动谱平衡方程

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泵站前池水沙流的数值模拟 被引量：11

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作者 唐学林 王武昌 +1 位作者 王福军 黎耀军 《排灌机械工程学报》 EI 2011年第5期411-417,共7页

针对泵站前池内的水沙流动,基于格子Boltzmann方法和大涡模拟思想,建立了二维浅水LBM-BGK模型和泥沙数学模型的联合计算模式,进行了水沙流的数值模拟研究.介观LBM-BGK模型采用了LES的亚格子尺度应力SGS模式模拟二维浅水方程,宏观二维平... 针对泵站前池内的水沙流动,基于格子Boltzmann方法和大涡模拟思想,建立了二维浅水LBM-BGK模型和泥沙数学模型的联合计算模式,进行了水沙流的数值模拟研究.介观LBM-BGK模型采用了LES的亚格子尺度应力SGS模式模拟二维浅水方程,宏观二维平面泥沙数学模型包括悬沙输运方程、河床变形方程、水流的挟沙力公式等.水流与悬沙之间的求解方法采用非耦合解模式,即先求解出水流运动控制方程,再求解泥沙输运方程,推求前池底部的冲淤变化.最后,成功地模拟了泵站前池水沙流的流速分布、水深变化和旋涡的位置和尺寸,以及泥沙的冲淤变化,流速计算结果与试验结果比较吻合.计算结果表明:此联合计算模式在一定程度上客观地、较好地重演了前池内水流的基本流态以及泥沙的冲淤变化. 展开更多

关键词 水沙流 泵站前池 格子boltzmann方法 大涡模拟 二维浅水方程 泥沙数学模型

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