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三维双气泡融合的格子Boltzmann模拟

吕雅琪, 聂德明, 林建忠

计算物理 2015, 32 (5): 553-560.

摘要（489）

PDF （3296KB）（1203）

针对基于自由能模型的格子Boltzmann方法,推导D3Q15格子模型对应的平衡态分布函数;采用该模型模拟双气泡的融合过程.结果表明,气泡的融合不仅与它们之间的初始间距有关,还与表面张力有关.表面张力越大,气泡融合的临界距离也越大.此外,研究气泡融合速度与初始间距、表面张力及粘性系数的关系.

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旋转体系中湍流的LBM模拟

聂德明, 林建忠, 黄利忠

计算物理 2013, 30 (1): 11-18.

摘要（432）

PDF （2337KB）（1328）

采用基于多松弛时间因子的格子Boltzmann方法对旋转体系中的湍流进行数值研究,考察Rossby数和Ekman数对湍流的影响,包括湍流能量及其耗散率、速度、涡结构及湍流的耗散尺度即Kolmorogov尺度和积分尺度等.研究表明,系统的旋转延缓了湍流能量的衰减速率,逐步破坏初始涡结构的均匀性,与旋转方向相反的涡逐步被抑制,并最终形成若干与旋转同向的涡柱.结果还表明,系统旋转越快,湍流的耗散尺度越小而积分尺度越大.

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非球形颗粒布朗运动的涨落-格子Boltzmann数值研究

聂德明, 林建忠

计算物理 2012, 29 (1): 101-107.

摘要（295）

PDF （421KB）（1703）

采用涨落-格子Boltzmann方法对非球形颗粒(二维)的布朗运动进行直接数值模拟.数值结果包括椭圆形、矩形颗粒的速度均方值及速度自相关函数等.研究发现,对于非球形颗粒,其方向性并没有影响能量均分原理的适用性,每个自由度的能量由其速度或角速度的均方值确定,而且计算的颗粒平动温度和转动温度一致.此外,颗粒的速度自相关函数在相对长的时间内以~ct^-1的规律衰减,其系数c与颗粒的形状无关.

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微通道中气体流动的格子Boltzmann数值模拟

聂德明, 郭晓辉, 林建忠

计算物理 2010, 27 (3): 389-395.

摘要（267）

PDF （333KB）（1163）

采用可压缩格子Boltzmann模型及非平衡外推边界条件,数值模拟微通道中的气体在滑移区域(Kn≤0.1)内的流动,计算结果包括出口速度剖面、通道中心压力分布以及质量流率等,与理论结果及其他实验结果符合得很好.还模拟了180°弯曲通道中的气体流动.结果表明,滑移速度的存在抑制了边界层的分离,因此在弯曲处不存在漩涡.计算结果还表明,弯道的存在显著影响了气体的质量流率.

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通道中串列旋转圆柱的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟

聂德明, 郭晓辉, 林建忠

计算物理 2010, 27 (3): 381-388.

摘要（356）

PDF （514KB）（1014）

通过结合格子Boltzmann方法(LBM)和虚拟区域(Fictitiou sDomain)思想,建立格子Boltzmann-虚拟区域(LB-DF/FD)方法.采用两套网格系统,欧拉网格用于流体,拉格朗日网格用于固体.原有的LBM在计算运动固体的受力方面存在数据振荡,LB-DF/FD方法改进了此缺陷.为验证该方法,模拟圆柱绕流、圆形颗粒在无限长通道中平动及在无限大流场中转动三种情况,结果与其他数值解及理论解符合得很好.利用该方法模拟低雷诺数下通道中串列旋转圆柱周围的流场,分析圆柱间距(g)及雷诺数(Re)对流场结构的影响.给出Re=0.001,0.1和10下,0.2≤g≤8.0的流线结构、圆柱升力、阻力以及力矩等数值结果.结果表明,g对流场的结构及圆柱的受力有显著影响,Re对圆柱阻力及Stokes单元数目的影响较大.

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格子Boltzmann方法中三维运动边界的统一模型

刘演华, 林建忠, 库晓珂

计算物理 2008, 25 (5): 535-542.

摘要（231）

PDF （393KB）（1307）

格子Boltzmann方法(LBM)中边界条件的处理很复杂,在现有的边界条件处理方法中,动力学格式能够精确满足宏观边界条件,但由于要解一个不定方程,必须引入附加假设确保方程非奇异.作为动力学格式和反弹格式的一种扩展,提出一种处理三维任意速度运动边界的统一模型,其中入口速度和固体壁面速度是该模型的特殊情形.给出用于三维15速度的表达式.为了检验该模型,模拟对角顶盖驱动三维空腔流,并将结果与有限差分法计算的结果进行比较,说明所提出的统一模型是合理可行的.

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格子Boltzmann方法中的边界条件

聂德明, 林建忠

计算物理 2004, 21 (1): 21-26.

摘要（821）

PDF （250KB）（3789）

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.

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