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一种求解三维热辐射输运方程的整体预处理迭代方法及并行计算

李凌霄, 翟传磊, 谢辉, 施意

计算物理 2021, 38 (3): 269-279. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8238

摘要（493）

HTML （7686）

PDF （8862KB）（1513）

为三维灰体热辐射输运方程的隐式离散纵标方法发展一个整体预处理迭代方法并研制并行程序。该方法采用组装线性代数方程组策略，同时求出所有离散方向上的辐射强度。借助预处理的Krylov子空间迭代法，避免复杂网格上扫描算法可能遇到的死锁问题，能够提高健壮性和计算效率。空间离散上采用一阶迎风有限体积格式。数值实验测试变形六面体网格上的收敛率、评估预处理迭代方法的性能并计算辐射和物质的耦合问题，给出三维弯管和黑腔问题的模拟结果，验证程序的正确性和方法的适应性。

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超短激光打孔中快速相变的格子玻尔兹曼模拟

王子墨, 李凌

计算物理 2020, 37 (3): 299-306. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8056

摘要（344）

HTML （0）

PDF （6318KB）（1703）

采用双重分布函数的格子玻尔兹曼模型，对单脉冲激光金属打孔过程中的快速相变传热进行研究.模型考虑了金属材料熔化后熔体的流动换热，并采用浸没移动边界方案对过程中的固液界面进行追踪.采用纯导热模型和考虑对流的换热模型计算，将结果和试验进行对比，结果表明：在激光打孔过程中熔体的流动对相变传热产生较大影响，采用考虑流动换热模型的结果与实验更接近.进而对熔化速度、熔化深度以及温度场的变化进行分析，并探讨不同激光工艺参数对相变过程的影响.模拟发现一个脉冲结束后，激光的脉宽越大，孔深越小，孔径越大，且最高温度较短脉冲激光越低.

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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

唐古月, 娄钦, 李凌

计算物理 2020, 37 (3): 263-276. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8046

摘要（591）

HTML （3）

PDF （5115KB）（1741）

采用格子Boltzmann方法对可变形腔体内自然对流问题进行数值研究，给出平均努赛尔数的经验关系式.腔体左壁加热长度分为左壁面的整个区域（H）和左壁面的中间区域（0.5H）两种情况，右壁向外界环境开放，上下边界绝热且可以上下移动，以此调节右出口尺寸.主要研究瑞利数（10⁴ ≤ Ra ≤ 10⁶），右出口尺寸（1.0H ≤ L ≤ 2.0H），左壁加热尺寸（L_h=0.5H或L_h=H）对腔体内等温线、流线、局部努塞尔数和平均努赛尔数的影响.结果表明：腔体内换热随着瑞利数的增大越来越强烈，表现为椭圆形准静止区域更加靠近上绝热壁，且热分层厚度逐渐变小，平均努赛尔数增加.而右出口尺寸的增加，对于两种加热尺寸下腔内的换热效果有不同程度影响，其中与加热尺寸为左壁面的全部区域L_h=H相比，加热尺寸为左壁面的中间情况L_h=0.5H时，右侧开口尺寸的增加对换热效果的影响不显著.此外，左壁加热尺寸为0.5H时显示出比加热尺寸为H时更高的平均传热效率.最后，针对不同的加热尺寸，提出加热面平均努赛尔数与Ra数及右壁面开口尺寸L^*之间函数关系的经验预测，拟合效果满足工程实践与设计需要.

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激光照射金颗粒在散射效应下的相变传热

贺云龙, 李凌

计算物理 2019, 36 (2): 182-188. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7827

摘要（253）

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PDF （1869KB）（1290）

采用二维双温度模型结合散射作用所引起颗粒表面光强不均匀分布的结果，对单脉冲激光垂直照射金颗粒的相变传热进行研究，通过将界面能量平衡方程，成核动力学的界面追踪法相耦合来确定固液界面的位置并研究激光参数对烧结过程的影响.结果表明：当激光垂直照射金颗粒时，熔化现象主要发生在颗粒的两极且底部熔化开始时间早，熔化体积也比较小.激光的脉宽越短熔化开始时间越早，熔化体积越大.提高激光的能量密度，颗粒的熔化体积也随之增加.

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微通道内不混溶气液两相二氧化碳界面动力学行为的格子Boltzmann研究

娄钦, 臧晨强, 王浩原, 李凌

计算物理 2019, 36 (2): 153-164. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7839

摘要（506）

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PDF （3539KB）（1551）

将高精度的二氧化碳状态方程与气液两相流格子Boltzmann方法中的伪势模型耦合，研究微通道内二氧化碳气液两相流动的界面动力学行为，包括二氧化碳气泡和液滴的分裂、合并、变形，以及气液两相二氧化碳在演化过程中的质量交换.研究发现：当分裂和合并行为达到平衡，并且两相之间不发生质量交换时流动达到稳态.稳态时的流型主要依赖于表面张力，惯性力，管道的润湿性，以及初始体积分数.当表面张力较大时，微通道内形成的二氧化碳气泡或液滴会收缩成圆形，此时二氧化碳气泡或液滴会堵塞微通道，形成段塞流；随着表面张力的减小，形成的气泡或液滴不容易收缩，在微通道内更容易发生变形，出现泡状流或环状流.当壁面润湿性为强疏水性时，二氧化碳在微通道中的流动为环状流，其它润湿性下，流型为段塞流.体积分数较小时，二氧化碳两相流动的流型为段塞流，体积分数较大时，流型为环状流.

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不可压缩流基于块预处理的并行有限元计算

李凌霄

计算物理 2018, 35 (2): 151-160. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7627

摘要（517）

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PDF （5733KB）（1649）

发展了一个模拟非定常不可压缩粘性流的并行有限元求解器，时间离散使用具有二阶精度的隐式中点格式，基于三维非结构四面体网格剖分，使用高阶混合有限元离散速度场（P2）和压力场（P1）.全离散格式产生的代数方程组是大型、稀疏、非对称和病态的，基于修正的压力对流扩散预处理（PCD）和精心设计的子问题迭代执行策略，采用预处理的GMRES迭代法来高效求解线性方程组.利用相同的子问题迭代策略，同时给出基于最小二乘交换子（LSC）预处理的并行效率对比.大量数值算例验证了算法的精度、可扩展性和可靠性.三维驱动方腔流模拟结果（Re=3200.0）清晰地显示了方腔流中主涡（PE）、下游二次涡（DSE）、上游二次涡（USE）、侧壁涡（EWV）和TGL涡的存在.

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