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非平衡与多相复杂系统模拟研究——Lattice Boltzmann动理学理论与应用
被引量：
27
1
作者
许爱国
张广财
+1 位作者
李英骏
李华
《物理学进展》
CSCD
北大核心
2014年第3期136-167,共32页
在自然界和工程物理领域存在大量的非平衡、多相等复杂系统和复杂行为。Lattice Boltzmann(LB)方法起源于复杂系统复杂行为研究的格子气或元胞自动机模型;其中,现代版的Lattice Boltzmann Kinetic Model(LBKM)植根于非平衡统计物理学的...
在自然界和工程物理领域存在大量的非平衡、多相等复杂系统和复杂行为。Lattice Boltzmann(LB)方法起源于复杂系统复杂行为研究的格子气或元胞自动机模型;其中,现代版的Lattice Boltzmann Kinetic Model(LBKM)植根于非平衡统计物理学的基本方程—Boltzmann方程。本文从物理学视角评述LB方法,给出单松弛因子和多松弛因子LBKM构建的统一理论,介绍其在非平衡与多相复杂系统研究方面的应用。简单列举LB在多相流、可压流、材料动理学等方面的进展,重点介绍使用LB研究流体界面不稳定性、燃烧等问题的工作。本文所重点传递的信息为:可以通过宏观量研究系统的非平衡行为、可以提供系统偏离热力学平衡引发的宏观效应是LBKM建模优越于宏观连续介质建模的地方;除了可以从更基本的层面理解相应物理系统的特征、机制和规律外,这类研究结果可以为现有程序或软件中宏观模型的改进(例如修正项的构造)提供物理参考。
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关键词
格子玻尔兹曼
动理学模型
非平衡效应
复杂系统
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职称材料
多相流系统的离散玻尔兹曼研究进展
被引量：
12
2
作者
许爱国
陈杰
+2 位作者
宋家辉
陈大伟
陈志华
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2021年第3期138-169,I0003,共33页
针对多相复杂流体系统模拟研究,简要介绍从格子气模型到离散玻尔兹曼方法的发展历程。从统计物理学基本原理出发,通过粗粒化建模思路,给出玻尔兹曼方程;分析Chapman-Enskog多尺度展开方法所蕴含的测量逐步细化的物理图像,给出离散玻尔...
针对多相复杂流体系统模拟研究,简要介绍从格子气模型到离散玻尔兹曼方法的发展历程。从统计物理学基本原理出发,通过粗粒化建模思路,给出玻尔兹曼方程;分析Chapman-Enskog多尺度展开方法所蕴含的测量逐步细化的物理图像,给出离散玻尔兹曼建模的基本原则和主要步骤。简要介绍离散玻尔兹曼在相分离、燃烧、流体不稳定性等系统中的应用。对于多相复杂流体系统的动理学建模,技术关键是分子间作用力和化学反应贡献的引入。不同颜色的示踪粒子的引入,使得在单流体理论框架下即可实现混合过程中物质粒子来源的确定;示踪粒子在其速度相空间的分布所形成的结构蕴含丰富的流场信息,为复杂流场研究张开一个全新的视角。在多介质情形,离散玻尔兹曼建模与动理学宏观建模的对应关系是一对多。随着系统非平衡程度加深,相对于动理学宏观建模与模拟思路,离散玻尔兹曼建模与模拟的复杂度上升速度较慢。作为系统行为粗粒化描述的一种物理模型构建方法,离散玻尔兹曼根据研究需求,选取一个视角,研究系统的一组动理学性质,因而要求描述这组性质的动理学矩在模型简化过程中保值;是动理学直接建模方法的一种,为连续介质建模失效或物理功能不足、而分子动力学方法因适用尺度受限而无能为力的介尺度情形提供了一条方便、有效的研究途径。
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关键词
多相流
复杂物理场
统计物理
粗粒化建模
玻尔兹曼方程
非平衡
动理学建模
Chapman-Enskog多尺度分析
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职称材料
题名
非平衡与多相复杂系统模拟研究——Lattice Boltzmann动理学理论与应用
被引量：
27
1
作者
许爱国
张广财
李英骏
李华
机构
北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室
北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室
理论物理国家重点实验室(中国科学院理论物理研究所)
中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
出处
《物理学进展》
CSCD
北大核心
2014年第3期136-167,共32页
基金
国家自然科学基金[批准号:11074300和91130020]
国家重点基础研究发展计划[批准号:2013CBA01504]
+4 种基金
中国工程物理研究院发展基金[批准号:2012B0101014
2011A0201002]
爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金[批准号:KFJJ141M]
理论物理国家重点实验室(中国科学院理论物理研究所)开放课题[批准号:Y4KF151J1]
计算物理重点实验室基金的资助
文摘
在自然界和工程物理领域存在大量的非平衡、多相等复杂系统和复杂行为。Lattice Boltzmann(LB)方法起源于复杂系统复杂行为研究的格子气或元胞自动机模型;其中,现代版的Lattice Boltzmann Kinetic Model(LBKM)植根于非平衡统计物理学的基本方程—Boltzmann方程。本文从物理学视角评述LB方法,给出单松弛因子和多松弛因子LBKM构建的统一理论,介绍其在非平衡与多相复杂系统研究方面的应用。简单列举LB在多相流、可压流、材料动理学等方面的进展,重点介绍使用LB研究流体界面不稳定性、燃烧等问题的工作。本文所重点传递的信息为:可以通过宏观量研究系统的非平衡行为、可以提供系统偏离热力学平衡引发的宏观效应是LBKM建模优越于宏观连续介质建模的地方;除了可以从更基本的层面理解相应物理系统的特征、机制和规律外,这类研究结果可以为现有程序或软件中宏观模型的改进(例如修正项的构造)提供物理参考。
关键词
格子玻尔兹曼
动理学模型
非平衡效应
复杂系统
Keywords
lattice Boltzmann
kinetic model
non-equilibrium effects
complex systems
分类号
O415 [理学—理论物理]
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职称材料
题名
多相流系统的离散玻尔兹曼研究进展
被引量：
12
2
作者
许爱国
陈杰
宋家辉
陈大伟
陈志华
机构
北京应用物理与计算数学研究所
北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室
北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室
南京理工大学瞬态物理国家重点实验室
北京理工大学宇航学院
出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2021年第3期138-169,I0003,共33页
基金
国家自然科学基金(11772064,11702028)
中国工程物理研究院创新发展基金创新项目(CX2019033)
+1 种基金
计算物理国防重点实验室稳定支持项目(W2018-05)
爆炸科学与技术国家重点实验室开放课题(KFJJ21-16M)。
文摘
针对多相复杂流体系统模拟研究,简要介绍从格子气模型到离散玻尔兹曼方法的发展历程。从统计物理学基本原理出发,通过粗粒化建模思路,给出玻尔兹曼方程;分析Chapman-Enskog多尺度展开方法所蕴含的测量逐步细化的物理图像,给出离散玻尔兹曼建模的基本原则和主要步骤。简要介绍离散玻尔兹曼在相分离、燃烧、流体不稳定性等系统中的应用。对于多相复杂流体系统的动理学建模,技术关键是分子间作用力和化学反应贡献的引入。不同颜色的示踪粒子的引入,使得在单流体理论框架下即可实现混合过程中物质粒子来源的确定;示踪粒子在其速度相空间的分布所形成的结构蕴含丰富的流场信息,为复杂流场研究张开一个全新的视角。在多介质情形,离散玻尔兹曼建模与动理学宏观建模的对应关系是一对多。随着系统非平衡程度加深,相对于动理学宏观建模与模拟思路,离散玻尔兹曼建模与模拟的复杂度上升速度较慢。作为系统行为粗粒化描述的一种物理模型构建方法,离散玻尔兹曼根据研究需求,选取一个视角,研究系统的一组动理学性质,因而要求描述这组性质的动理学矩在模型简化过程中保值;是动理学直接建模方法的一种,为连续介质建模失效或物理功能不足、而分子动力学方法因适用尺度受限而无能为力的介尺度情形提供了一条方便、有效的研究途径。
关键词
多相流
复杂物理场
统计物理
粗粒化建模
玻尔兹曼方程
非平衡
动理学建模
Chapman-Enskog多尺度分析
Keywords
multiphase flow
complex physical field
statistical physics
coarse-grained modeling
Boltzmann equation
non-equilibrium
kinetic modeling
Chapman-Enskog multi-scale analysis
分类号
O359 [理学—流体力学]
O411.3 [理学—理论物理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
非平衡与多相复杂系统模拟研究——Lattice Boltzmann动理学理论与应用
许爱国
张广财
李英骏
李华
《物理学进展》
CSCD
北大核心
2014
27
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
多相流系统的离散玻尔兹曼研究进展
许爱国
陈杰
宋家辉
陈大伟
陈志华
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2021
12
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职称材料
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