晶格Boltzmann方法中流体力的计算

发布时间：2018-11-22 17:00

【摘要】：晶格Boltzmann方法是起源于动理学理论和元胞自动机的介观数值模拟方法,在模拟复杂流体运动,特别是颗粒悬浮运动和多相流等领域取得了显著的成功.在计算流体与结构之间的相互作用力时,通过引入相对速度,提出了伽利略不变的动量交换法.该方法简单、精确、高效,而且与边界的几何形状无关;它只使用局部数据,方便实施并行计算和三维模拟;它具有良好的稳定性,流体力计算结果的波动非常小,甚至不需要进行时间平滑处理.在数值模拟多相流的研究中,基于热力学自由能理论计算非理想力,提出了同时满足热力学一致性和伽利略不变性的多相流模型.该模型物理清晰、易于实施,可以方便地配合不同的状态方程用于模拟各种多相流系统.化学势是驱动相分离和表达润湿性的有效途径,在进一步的研究中,借助化学势计算非理想力,提出了基于化学势的多相流模型.它在数学上等价于基于压力张量计算非理想力的模型,但是避免了计算压力张量和张量散度,获得了更高的计算效率.该模型配合化学势边界条件,可以有效地模拟润湿现象,其接触角可以通过表面化学势进行线性调节.
[Abstract]:Lattice Boltzmann method is a mesoscopic numerical simulation method derived from kinetic theory and cellular automata. It has achieved remarkable success in the simulation of complex fluid movements, especially in the fields of particle suspension and multiphase flow. In order to calculate the interaction between fluid and structure, the Galilean momentum exchange method is proposed by introducing relative velocity. The method is simple, accurate, efficient and independent of the geometric shape of the boundary. It has good stability, the fluctuation of the calculation results is very small, even need not be processed by time smoothing. In the study of numerical simulation of multiphase flow, based on the theory of thermodynamic free energy to calculate the non-ideal force, a multiphase flow model satisfying both thermodynamic consistency and Galileo invariance is proposed. The model is clear in physics and easy to implement. It can be easily used to simulate various multiphase flow systems with different equations of state. Chemical potential is an effective way to separate the driving phase and express wettability. In the further research, a multiphase flow model based on chemical potential is proposed by using the chemical potential to calculate the non-ideal force. It is mathematically equivalent to the model for calculating non-ideal forces based on pressure Zhang Liang, but it avoids calculating the divergence of pressure Zhang Liang and Zhang Liang, and achieves higher computational efficiency. The contact angle of the model can be adjusted linearly by the surface chemical potential in combination with the chemical potential boundary condition and the wetting phenomenon can be effectively simulated.
【作者单位】： 中国科学院上海应用物理研究所水科学与技术研究室;广西师范大学广西多源信息挖掘与安全重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(编号:11290164,11162002,11362003,11462003) 中国科学院知识创新工程领域前沿项目(编号:KJZD-EW-M03) 广西自然科学基金(编号:2014GXNSFAA118018) 广西高校科学技术研究重点项目(编号:KY2015ZD017)资助
【分类号】：O35

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本文编号：2349964