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格子Boltzmann方法及其在高强度聚焦超声声场建模的应用

发布时间:2018-06-15 23:04

  本文选题:格子Boltzmann方法 + 高强度聚焦超声 ; 参考:《科学通报》2017年Z2期


【摘要】:格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)是一种新型的流体力学模拟工具.基于介观动力学理论,LBM具有物理意义清晰、程序易于实施、边界易于处理和并行性能好等优势,因而在许多传统方法难以胜任的复杂流动领域得到了广泛应用.本文首先综述了LBM的诞生、发展以及现况,并阐述了LBM的理论和基本模型;随后,介绍了LBM在高强度聚焦超声(high-intensity focused ultrasound,HIFU)领域中的相关应用.基于LBM基本模型,构建了一种轴对称多弛豫时间(axisymmetric multiple-relaxation-time,AMRT)模型,并在模型中采用了具有二阶精度的Bouzidi-Firdaouss-Lallemand(BFL)边界处理格式.利用AMRT模拟了常见球面聚焦换能器产生的行波聚焦声场,并与传统声学方法进行了对比,验证了AMRT模型的有效性;随后又模拟了一种新型的球腔聚焦换能器产生的驻波聚焦声场,探讨了该类型换能器在HIFU治疗中的应用价值.本文结果旨在推动LBM成为一种全新的有效的声学仿真手段.
[Abstract]:Lattice Boltzmann method (LBM) is a new hydrodynamic simulation tool. Based on mesoscopic dynamics theory, LBM has many advantages, such as clear physical meaning, easy implementation of program, easy boundary processing and good parallel performance. Therefore, LBM has been widely used in many complex flow fields where traditional methods are incompetent. In this paper, the birth, development and present situation of LBM are reviewed, and the theory and basic model of LBM are described. Then, the application of LBM in high-intensity focused ultrasonic field is introduced. Based on the LBM model, an axisymmetric relaxation time multiple-time AMRT model is constructed, and the Bouzidi-Firdaouss-Lallemand BFL) boundary processing scheme with second-order accuracy is used in the model. AMRT is used to simulate the traveling wave focused sound field produced by common spherical focusing transducers, and compared with the traditional acoustic method, the validity of AMRT model is verified. Then the standing wave focused sound field generated by a new type of spherical cavity focusing transducer is simulated and the application value of this type of transducer in HIFU therapy is discussed. The purpose of this paper is to promote LBM as a new and effective means of acoustic simulation.
【作者单位】: 南京大学声学研究所;中国科学院声学研究所;
【基金】:国家自然科学基金(11674173,11374155,81127901,11474001,11474161,11474166) 江苏省青蓝工程资助
【分类号】:O426

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本文编号:2024014

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