格子Boltzmann方法中的边界条件

计算物理 ›› 2004, Vol. 21 ›› Issue (1): 21-26.

格子Boltzmann方法中的边界条件

聂德明, 林建忠

浙江大学力学系, 浙江杭州 310027

收稿日期:2002-12-06 修回日期:2003-04-12 出版日期:2004-01-25 发布日期:2004-01-25
作者简介:聂德明(1979-),男,福建三明,硕士生,从事微流体运动和计算流体力学的研究.
基金资助:
国家自然科学基金重大项目(20299030)资助项目

Boundary Conditions in Lattice Boltzmann Method

NIE De-ming, LIN Jian-zhong

Department of Mechanics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

Received:2002-12-06 Revised:2003-04-12 Online:2004-01-25 Published:2004-01-25

摘要/Abstract

摘要： 比较并讨论了几种格子Boltzmann方法(LBM)中的边界条件处理方法,对标准的壁面全反弹方法进行了改进,提高了壁面反弹方法的精度.通过采用d2q9模型对Poiseuille流和非定常Couette流进行数值模拟,获得了与分析解比较吻合的结果.针对不同的松弛时间τ和Re数,还给出了采取不同边界条件处理时的收敛精度,验证了小Re数时,LBM可以完全模拟N-S方程,由计算发现松弛时间τ接近1时的精度最高,τ较大时,误差较大.

关键词: 格子Boltzmann方法, 边界条件, 壁面反弹, 数值计算

Abstract: Comparison and discussion of several boundary conditions in lattice Boltzmann method are presented. To achieve improved accuracy, a new method based on the idea of standard bounce-back scheme is proposed. Numerical simulations for two-dimensional Poiseuille flow and unsteady Couette flow are carried out using d2q9 model, and the results are identical to the analytical solutions. The convergence for different boundary treatments is discussed by changing single relaxation time τ and Re number. The results show that LBM can recover Navier-Stokes equation at low Mach number. It is also indicated that the errors for large τ are much bigger than those for τ close to 1.

Key words: LBM, boundary conditions, bounce-back, numerical simulation

中图分类号:

聂德明, 林建忠. 格子Boltzmann方法中的边界条件[J]. 计算物理, 2004, 21(1): 21-26.

NIE De-ming, LIN Jian-zhong. Boundary Conditions in Lattice Boltzmann Method[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2004, 21(1): 21-26.

[1]	冯舒婷, 戴厚平, 宋通政. 二维空间分数阶反应扩散方程组的格子Boltzmann方法[J]. 计算物理, 2022, 39(6): 666-676.
[2]	刘嘉鑫, 郑林, 张贝豪. 多孔介质方腔内双扩散自然对流熵产的格子Boltzmann模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 549-563.
[3]	林品亮, 冯欢欢, 董宇红. 具有多孔介质覆面层的柱体绕流流场分析[J]. 计算物理, 2022, 39(4): 418-426.
[4]	张巧玲, 景何仿. 三维曲面腔顶盖驱动流的MRT-LBM研究[J]. 计算物理, 2022, 39(4): 427-439.
[5]	陈露, 高明, 梁佳, 王东民, 赵玉刚, 章立新. 润湿梯度作用下液滴在倾斜表面向上运动的格子Boltzmann模拟[J]. 计算物理, 2021, 38(6): 672-682.
[6]	魏雪丹, 戴厚平, 李梦军, 郑洲顺. 一维空间Riesz分数阶对流扩散方程的格子Boltzmann方法[J]. 计算物理, 2021, 38(6): 683-692.
[7]	张震杰, 冯建园, 蔡建超, 陈康力, 孟庆帮. 不同边界条件下的渗吸驱动因素[J]. 计算物理, 2021, 38(5): 513-520.
[8]	娄钦, 汤升, 王浩原. 基于格子Boltzmann大密度比模型的多孔介质内气泡动力学行为数值模拟[J]. 计算物理, 2021, 38(3): 289-300.
[9]	梁佳, 高明, 陈露, 王东民, 章立新. 液滴撞击不同湿润性固壁面上静止液滴的格子Boltzmann研究[J]. 计算物理, 2021, 38(3): 313-323.
[10]	高媛, 梁腾飞. 气-固界面作用物理模型的确定性实现方法[J]. 计算物理, 2021, 38(2): 183-191.
[11]	袁俊杰, 叶欣, 单彦广. 格子Boltzmann方法模拟填充纳米流体三角形腔内的自然对流[J]. 计算物理, 2021, 38(1): 57-68.
[12]	王坚毅, 潘振海, 吴慧英. 微通道内椭球颗粒惯性聚焦行为数值研究[J]. 计算物理, 2020, 37(6): 677-686.
[13]	唐古月, 娄钦, 李凌. 格子Boltzmann方法分析加热尺寸和瑞利数对可变形开口腔内自然对流的影响[J]. 计算物理, 2020, 37(3): 263-276.
[14]	胡玉, 孙涛. 三维格子Boltzmann方法研究上升双气泡的运动特性[J]. 计算物理, 2020, 37(3): 277-283.
[15]	苗春葆, 邬丽丹. 一种开边界条件及其在内潮模拟中的应用[J]. 计算物理, 2020, 37(2): 163-172.