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基于相场模型的三相Rayleigh-Taylor不稳定性的格子Boltzmann方法模拟
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作者 杨旭光 王欣 袁晓垒 《物理学报》 北大核心 2026年第1期443-458,共16页
基于具有守恒性与相容性的N相相场模型,发展了一种用于高效模拟N相非混溶不可压流体流动的正则化格子Boltzmann方法.通过设计辅助矩,该方法能够精确恢复二阶Allen-Cahn方程与修正的动量方程.通过数值模拟三相液滴透镜铺展与三相Kelvin-H... 基于具有守恒性与相容性的N相相场模型,发展了一种用于高效模拟N相非混溶不可压流体流动的正则化格子Boltzmann方法.通过设计辅助矩,该方法能够精确恢复二阶Allen-Cahn方程与修正的动量方程.通过数值模拟三相液滴透镜铺展与三相Kelvin-Helmholtz不稳定性现象,验证了所发展的N相正则化格子Boltzmann方法的正确性与有效性.最后,对三相Rayleigh-Taylor不稳定性进行了数值模拟与分析,重点探究了雷诺数在500≤Re≤20000范围内(特别是高雷诺数Re=20000工况下)相界面的演化过程,定量分析了两个界面处气泡与尖钉的振幅以及无量纲化速度的变化规律. 展开更多
关键词 相场模型 N相不可压流体 格子boltzmann方法 RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性
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基于格子Boltzmann方法的自适应局部网格加密算法
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作者 张海铭 魏如普 《自动化应用》 2026年第2期238-240,共3页
对于一些复杂流动的模拟,局部网格加密的格子Boltzmann方法能将计算资源更合理地分配给各子区域,提高计算效率。为避免网格耦合的复杂计算,对网格耦合采取新方案。首先,推导出分布函数平衡态部分与非平衡态部分关于Knudsen数的关系式。... 对于一些复杂流动的模拟,局部网格加密的格子Boltzmann方法能将计算资源更合理地分配给各子区域,提高计算效率。为避免网格耦合的复杂计算,对网格耦合采取新方案。首先,推导出分布函数平衡态部分与非平衡态部分关于Knudsen数的关系式。然后,设计一种结合多块网格和多层网格的特殊网格结构,并提供网格耦合的细节和演化计算的完整循环。最后,对顶盖驱动方腔流进行数值模拟,良好的数值结果证实该自适应局部加密算法的可靠性。 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 自适应网格加密 网格耦合
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Dynamic characteristics and sensitivity of water hammer problems in liquid propulsion system using lattice Boltzmann method with entropy limiter
3
作者 Yuqi WEI Xianggeng WEI +4 位作者 Guoqiang HE Xiao ZHAO Jinying YE Xueren WANG Hongyu CHEN 《Chinese Journal of Aeronautics》 2026年第1期18-34,共17页
The water hammer problem is an important issue in the dynamics of liquid propulsion system.This paper aims to use the Lattice Boltzmann Method(LBM)with entropy limiter to study the water hammer problems in propellant ... The water hammer problem is an important issue in the dynamics of liquid propulsion system.This paper aims to use the Lattice Boltzmann Method(LBM)with entropy limiter to study the water hammer problems in propellant feedlines.The dynamic characteristics of valve-closing water hammer and filling water hammer are investigated by this method,and the sensitivity of filling water hammer is analyzed with a single factor sensitivity analysis with 8 factors and 9 levels and a multi-factor sensitivity analysis with L_(27)(3^(13))orthogonal experiment based on range method.It is found that the solving result of LBM with entropy limiter is basically in good agreement with finite volume method,and using the entropy limiter can eliminate numerical oscillations when solving valve-closing water hammer problems and solve the numerical"blow up"when solving filling water hammer problems.It can be seen that the dynamic characteristics of valve-closing water hammer are relatively simple,while there are many factors that affect the filling water hammer and the degree of these effects varies.The effects on the maximum water hammer pressure are relatively uniform,but those on the water hammer response time vary greatly through the skewness analysis. 展开更多
关键词 Dynamic analysis Lattice boltzmann method Liquid propulsion system Propellant transfer Sensitivity analysis Water hammer
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磁场作用下纳米流体自然对流的格子Boltzmann方法模拟
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作者 隋鹏翔 《物理学报》 北大核心 2026年第4期377-389,共13页
基于格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)对磁场作用下纳米流体的自然对流进行数值模拟,系统研究了磁场强度、倾角、颗粒尺寸、颗粒体积分数及瑞利数等参数对热传递过程的影响.结果表明,在颗粒尺寸K_(nf)=10^(-1)时,无论处... 基于格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)对磁场作用下纳米流体的自然对流进行数值模拟,系统研究了磁场强度、倾角、颗粒尺寸、颗粒体积分数及瑞利数等参数对热传递过程的影响.结果表明,在颗粒尺寸K_(nf)=10^(-1)时,无论处在以热传导还是热对流为主的区间,传热效率均达到最大值,表明存在最佳颗粒尺寸以兼顾热物性与黏度平衡.在低瑞利数区域,磁场对热传递效率的抑制作用较小,而在高瑞利数区,磁场增强了洛伦兹力对流体流动的抑制作用,显著降低了热传递效率.此外,当磁场倾角为π/2时,洛伦兹力与浮升力同向协同作用,导致腔内流动强度和传热效率均达到最大.研究还发现,瑞利数是影响流动强度和温度分布的关键参数,增大瑞利数显著提升对流换热,而颗粒体积分数对导热性的提升作用相对有限.最后,基于这些数值结果,本文进一步构建了平均努塞尔数与关键无量纲参数之间的经验关联式,定量揭示了各参数对传热性能的影响规律. 展开更多
关键词 磁场 颗粒尺寸 纳米流体 自然对流 格子玻尔兹曼方法
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基于Boltzmann时间函数的地表任意点沉陷动态预计 被引量:3
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作者 徐良骥 孙志豪 +2 位作者 刘潇鹏 张坤 曹宗友 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期715-731,共17页
煤炭资源的地下开采会造成地表沉陷,对地表生态环境及建(构)筑物的安全使用造成一定威胁,在采前获知开采过程中的地表沉陷动态预计值,是进行开采沉陷区生态环境动态修复设计的重要基础,是该领域亟待解决的问题之一。为实现煤炭地下开采... 煤炭资源的地下开采会造成地表沉陷,对地表生态环境及建(构)筑物的安全使用造成一定威胁,在采前获知开采过程中的地表沉陷动态预计值,是进行开采沉陷区生态环境动态修复设计的重要基础,是该领域亟待解决的问题之一。为实现煤炭地下开采导致地表沉陷动态过程的准确预计,根据地表沉陷动态规律总结出理想时间函数模型的形态,据此引入Boltzmann时间函数模型,从下沉量、下沉速度、下沉加速度3个方面对该模型进行分析,发现其能够满足地表沉陷动态趋势;探究该时间函数模型各参数对模型图像的影响,确定其物理意义并分别定义为最终下沉量A、最大下沉速度出现时间t0、下沉急缓程度系数B,从而构建基于Boltzmann时间函数的动态预计模型参数体系;通过对单点实测下沉量进行拟合发现该模型拟合精度较传统动态预计模型更高,拟合优度R^(2)达到0.9988;对矿区地表监测点实测下沉量进行参数反演,根据反演结果建立了沉陷盆地内任意点动态预计参数与地表最大下沉量、回采速度及覆岩岩性系数的相关关系,给出了该模型各动态预计参数在地表任意点的计算方法,并利用收集的6个工作面数据验证其精度可靠;构建了融合Boltzmann时间函数与概率积分法的地表沉陷动态预计模型,可实现对沉陷盆地内任意点任意时间的地表沉陷预计;运用该预计模型求得多时期下沉量并对其进行精度验证,结果显示开采过程中的动态预计相对误差保持在6.0%以内,相对误差最小值为2.7%。 展开更多
关键词 开采沉陷 动态预计 boltzmann时间函数 概率积分模型 下沉速度
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基于格子Boltzmann法的柱群布置对污染物分布影响研究 被引量:1
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作者 夏鹏飞 杜海川 +1 位作者 杜璇 曹德生 《水资源与水工程学报》 北大核心 2025年第2期118-124,133,共8页
在河流、渠道和湖泊等浅水流环境中,污染物的输运现象广泛存在。为了保护水生态环境,研究污染物在这些环境中的分布规律具有重要意义。采用基于D2Q16模型的格子Boltzmann方法(LBM)模拟浅水流动,并利用D2Q5模型对污染物扩散过程进行模拟... 在河流、渠道和湖泊等浅水流环境中,污染物的输运现象广泛存在。为了保护水生态环境,研究污染物在这些环境中的分布规律具有重要意义。采用基于D2Q16模型的格子Boltzmann方法(LBM)模拟浅水流动,并利用D2Q5模型对污染物扩散过程进行模拟,探讨了圆柱群不同间距比、不同布置形式以及水流流速对柱后污染物分布的影响。结果表明:圆柱间距比对于柱后污染物浓度分布的影响较大,当进口流速一定时,随着圆柱间距比的增大,柱后各横断面的污染物分布更加集中,当圆柱间距比L/D为1.0时,各横断面的污染物浓度极值均大于其他圆柱间距比下的污染物浓度极值;当圆柱间距比一定时,随着进口流速的增大,柱后各断面污染物浓度的极值总体上呈现不断下降的趋势;柱群布置形式对于柱后污染物的分布影响较大,正方形布置形式相比于梅花形、梯形和菱形柱后同位置横断面的污染物浓度更小。 展开更多
关键词 污染物分布 污染物浓度 柱群 格子boltzmann 浅水方程 数值模拟
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基于格子Boltzmann方法的酸法地浸采铀孔隙尺度反应运移模型研究
7
作者 扶海鹰 杨知蔓 +2 位作者 连檬 丁德馨 贺桂成 《核技术》 北大核心 2025年第9期60-69,共10页
砂岩铀矿酸法地浸开采中的反应运移过程会导致孔隙结构和反应运移参数的演化,基于格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)的孔隙尺度反应运移模型可以直接模拟这一过程。首先,利用LBM的D2Q9和D2Q5模型分别建立流体和溶质的运... 砂岩铀矿酸法地浸开采中的反应运移过程会导致孔隙结构和反应运移参数的演化,基于格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)的孔隙尺度反应运移模型可以直接模拟这一过程。首先,利用LBM的D2Q9和D2Q5模型分别建立流体和溶质的运移模型,随后通过耦合化学反应过程,模拟孔隙介质中碳酸钙的溶解及石膏的沉淀。通过设定浓度阈值动态更新孔隙结构,进而模拟流场、溶质浓度分布及孔隙结构随时间的演化。通过图像分析,计算反应运移参数的变化规律。结果表明,LBM能够直观模拟孔隙结构和反应运移参数的演变,是研究这些过程的有效定量工具。该模型有助于深入理解酸法地浸中的孔隙结构演化机理及堵塞形成机制,并为井场浸出模拟提供参考。 展开更多
关键词 地浸采铀 格子 boltzmann 反应运移 孔隙演化
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基于格子Boltzmann方法的平板热管相变及耦合传热
8
作者 侯永强 高涵 田野 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第31期13384-13392,共9页
平板热管是一种外部为平板结构壳体,内部通过气液相变进行高效传热的元件。为研究平板热管的流固耦合及相变传热过程,根据平板热管传热物理模型,建立平板热管耦合传热数学模型。使用多松弛伪势格子Boltzmann方法计算热管内流体的相变传... 平板热管是一种外部为平板结构壳体,内部通过气液相变进行高效传热的元件。为研究平板热管的流固耦合及相变传热过程,根据平板热管传热物理模型,建立平板热管耦合传热数学模型。使用多松弛伪势格子Boltzmann方法计算热管内流体的相变传热,结合分区求解、边界耦合求解方式对平板热管流固耦合传热过程进行数值求解。对比多松弛伪势格子Boltzman模型和理论模型求解V形空腔气泡成核过程的结果,求解结果最大误差小于13%,验证了多松弛伪势格子Boltzman模型的准确性。通过对平板热管内的沸腾现象的模拟,得到了平板热管内流体的动态耦合传热温度场分布规律,为平板热管流固耦合及相变传热研究提供新的理论方法。 展开更多
关键词 平板热管 格子boltzmann 流固耦合 相变传热
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基于插值的多相流格子Boltzmann方法曲线边界算法研究 被引量:1
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作者 凌福 张永刚 闻炳海 《广西师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期54-68,共15页
边界处理是流体流动建模中的核心问题,在格子Boltzmann方法(LBM)中尤为关键。曲线边界条件虽然有效提高了单相流模拟中复杂几何边界的精度,但在多相流模拟中,传统的曲线边界条件常常导致显著的质量泄漏和计算误差,这主要是由于传统的曲... 边界处理是流体流动建模中的核心问题,在格子Boltzmann方法(LBM)中尤为关键。曲线边界条件虽然有效提高了单相流模拟中复杂几何边界的精度,但在多相流模拟中,传统的曲线边界条件常常导致显著的质量泄漏和计算误差,这主要是由于传统的曲线边界条件处理格式中未考虑非理想效应导致的过渡区密度非线性变化。本文将非理想效应引入到插值方案中,提出一类基于插值的多相流曲线边界算法,包括线性插值、二次插值和三次插值等方案。通过一系列具有大密度比的静态和动态多相流模拟验证,该方法有效提升多相流边界条件的计算精度,所需要的质量补偿接近于0,并且使虚速度比之前方法降低一个数量级,达到2×10^(-3)以下。 展开更多
关键词 曲线边界条件 多相流 表面润湿性 格子boltzmann方法 大密度比
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页岩油压闷采渗流机理的格子Boltzmann模拟 被引量:1
10
作者 杨雨萱 王森 +2 位作者 陈李杨 刘祖鹏 冯其红 《石油科学通报》 2025年第2期298-308,共11页
页岩油是我国潜力最大、最具战略性的石油接替资源之一,厘清压闷采过程中多孔介质内流体分布演化规律对提高页岩油采收率具有重要意义。本文采用多组分多相格子Boltzmann模型对页岩油压闷采过程中的渗流机理开展研究。首先使用Laplace... 页岩油是我国潜力最大、最具战略性的石油接替资源之一,厘清压闷采过程中多孔介质内流体分布演化规律对提高页岩油采收率具有重要意义。本文采用多组分多相格子Boltzmann模型对页岩油压闷采过程中的渗流机理开展研究。首先使用Laplace定律、接触角、分层流动验证了模拟模型的准确性。随后基于济阳页岩扫描电镜图像,构建了包含顺层缝、网状缝和基质孔隙分布的页岩多孔介质结构。利用格子Boltzmann模型对页岩多孔介质内压闷采过程开展模拟,分析了压闷采不同阶段的流体分布特征,探究了不同闷井时间、储层润湿性和排液速度的影响。结果表明闷井阶段压裂液会在毛管力作用下渗吸进入网状缝并将内部的油相置换出来,随着闷井时间增加压裂液返排率趋于减小;水湿岩心相较于中性和油湿岩心具有更好的开发效果,压裂液利用率和基质内原油动用程度更高;较高的排液速度会使孔隙内的压力快速下降,不利于后续页岩油的生产。本文从孔隙尺度研究了页岩油压闷采过程中流体流动机理,为页岩油井合理生产制度的制定提供了支撑。 展开更多
关键词 页岩油 格子boltzmann方法 自发渗吸 纳米孔隙 多组分多相
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基于Boltzmann方程的多孔介质中胶体输运模型 被引量:1
11
作者 陈晓彤 郭照立 《物理学报》 北大核心 2025年第12期207-219,共13页
由于多孔介质结构的随机性,很难对其内的胶体粒子输运过程进行建模. Boltzmann输运方程为模拟随机空间中胶体粒子的微观动力学提供了一种可靠的途径.本文通过Chapman-Enskog(CE)分析,从胶体粒子的Boltzmann方程导出了宏观输运模型.该模... 由于多孔介质结构的随机性,很难对其内的胶体粒子输运过程进行建模. Boltzmann输运方程为模拟随机空间中胶体粒子的微观动力学提供了一种可靠的途径.本文通过Chapman-Enskog(CE)分析,从胶体粒子的Boltzmann方程导出了宏观输运模型.该模型具有对流-扩散方程形式,包括依赖粒子速度分布的扩散项、速度延迟项以及反映微观捕获机制的捕获项.此外,还给出了3个输运系数的显式表达.该宏观模型部分解决了传统胶体输运模型的悖论,并且在特定条件下与以往模型一致. 展开更多
关键词 多孔介质 胶体输运 捕获 boltzmann方程
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基于格子Boltzmann重叠法求解一、二维耦合浅水动力学模型 被引量:1
12
作者 杨浩 敬玥彤 +3 位作者 刘海飞 毕娟 王洪达 褚珣 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第1期110-117,129,共9页
提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM),以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法 (lattice Boltzmann method, LBM)的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模... 提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM),以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法 (lattice Boltzmann method, LBM)的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模拟通常涉及跨维度建模,可能会在某些边界处做近似处理,例如河流-湖泊汇合处、洪水淹没区和河口区域。为高效求解跨维度浅水方程(shallow water equations, SWE)问题,SCM通过在一维和二维LBM模型边界处人工设置重叠区域,使不同维度的2个模型在该区域交换水动力信息。在重叠区域采用零梯度边界条件,从而得到耦合所需的变量。1D-2D耦合模型通过了圆形空腔射流和急弯河道2个验证模型的比较测试,结果显示一、二维耦合模型的精度与二维模型基本相当。本研究通过SCM有效地求解了跨维度浅水方程问题,提高了一维与二维模型间的耦合精度,为复杂地形浅水区域的水动力模拟提供了技术支撑。 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 水动力模型 一、二维耦合 重叠法 浅水方程
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基于准不可压相场理论的精确平衡两相格子Boltzmann方法 被引量:1
13
作者 李春熠 郭照立 《物理学报》 北大核心 2025年第6期161-171,共11页
相比于基于不可压相场的两相格子Boltzmann方程(LBE)模型,基于准不可压相场理论的LBE模型能够严格保证局部质量守恒.然而,以往准不可压相场LBE模型不具有精准平衡性质,两相界面附近存在虚假速度且界面分布不满足热力学平衡.针对这一问题... 相比于基于不可压相场的两相格子Boltzmann方程(LBE)模型,基于准不可压相场理论的LBE模型能够严格保证局部质量守恒.然而,以往准不可压相场LBE模型不具有精准平衡性质,两相界面附近存在虚假速度且界面分布不满足热力学平衡.针对这一问题,本文通过重新设计求解相场方程的平衡态分布函数和源项,实现了离散尺度的精准平衡,建立了准不可压相场理论的精准两相LBE模型.对平界面问题和稳态液滴问题的数值模拟表明,该模型能消除虚假速度,具有良好的平衡性能.对分层泊肃叶流的数值模拟证明了该模型模拟动态问题及大黏度比问题的准确性.此外还比较了不同表面张力和不同黏度混合规则对模型的影响,结果表明,使用F_(s)=μ∇Ф计算表面张力无法消除虚假速度;模拟动态问题时,使用阶跃混合规则计算混合黏度可以得到更准确的结果.最后,对相分离问题的数值模拟表明,该模型可以严格保证局部质量守恒. 展开更多
关键词 两相流 格子boltzmann 方法 准不可压相场模型
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格子Boltzmann浅水模型的特征边界条件研究 被引量:1
14
作者 黄伟勋 张庆河 张金凤 《水道港口》 2025年第2期178-186,共9页
文章建立了二维浅水方程的格子Boltzmann数值模型,为了解决模型开边界的数值反射问题,首次在该模型中引入了无反射的特征边界条件。采用一维溃坝波和二维高斯源水波算例对所建立的格子Boltzmann浅水模型及其特征边界条件进行了验证,并... 文章建立了二维浅水方程的格子Boltzmann数值模型,为了解决模型开边界的数值反射问题,首次在该模型中引入了无反射的特征边界条件。采用一维溃坝波和二维高斯源水波算例对所建立的格子Boltzmann浅水模型及其特征边界条件进行了验证,并将建立的数值模型应用于二维方柱绕流的数值模拟。结果表明:所建立的格子Boltzmann浅水模型能够正确模拟一维溃坝波的传播过程,且引入的特征边界条件可以有效地消除计算域边界产生的非物理反射波,从而提高格子Boltzmann浅水模型的稳定性和准确性。 展开更多
关键词 二维浅水方程 格子boltzmann方法 特征边界条件 溃坝波 高斯源水波 方柱绕流
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页岩油孔隙微纳渗流的格子Boltzmann方法模拟
15
作者 龚文波 陈志强 +3 位作者 郑江韬 雷文海 鞠杨 王沫然 《力学学报》 北大核心 2025年第12期2802-2813,共12页
页岩油储层结构复杂,纳米孔隙极为发育,使得储层内流体运移行为显著偏离传统达西定律,亟需深入揭示纳米限域下的渗流机制.为此,以二维纳米多孔介质结构为研究对象,旨在揭示页岩油输运过程中纳米孔隙内流体运移机制,并系统探讨结构尺度... 页岩油储层结构复杂,纳米孔隙极为发育,使得储层内流体运移行为显著偏离传统达西定律,亟需深入揭示纳米限域下的渗流机制.为此,以二维纳米多孔介质结构为研究对象,旨在揭示页岩油输运过程中纳米孔隙内流体运移机制,并系统探讨结构尺度与润湿性对水/油微纳渗流动力学行为的影响规律.针对现有模型在处理二维孔隙结构纳米效应存在的不足,重新推导了纳米通道液体运移的平面模型,指出传统体积平均法在描述二维结构中存在显著偏差.基于此模型,构建了考虑吸附层黏度效应与边壁速度滑移效应的格子Boltzmann方法,全面分析了结构尺寸和接触角对水/油运移行为的调控效应,识别了纳米通道中吸附层黏度变化及边壁速度滑移引发的纳米效应,并阐明了这些效应随尺度增大而逐渐减弱的趋势.此外,不同接触角条件下纳米效应的显著差异凸显了润湿性对水/油微观运移机制的关键作用.本研究最终构建了基于纳米结构尺寸与接触角双参数的水/油运移纳米效应版图,为后续开发复杂地层页岩.油的跨尺度运移模型提供了重要的理论依据与参考. 展开更多
关键词 微纳渗流 结构尺寸 接触角 纳米效应 页岩油 格子boltzmann模型
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微通道内声传播格子Boltzmann建模及其特性研究
16
作者 杨雨 余江波 +3 位作者 苏娜娜 张新翠 单鸣雷 韩庆邦 《应用声学》 北大核心 2025年第2期312-323,共12页
吸声材料在抑制噪声污染方面发挥重要作用,其吸声性能受到内部微通道结构影响。然而微通道尺寸小且结构复杂,有必要采用合适的数值工具来研究微通道内声传播特性。该文采用介观的格子Boltzmann方法构建了微通道内声传播模型,并引入了声... 吸声材料在抑制噪声污染方面发挥重要作用,其吸声性能受到内部微通道结构影响。然而微通道尺寸小且结构复杂,有必要采用合适的数值工具来研究微通道内声传播特性。该文采用介观的格子Boltzmann方法构建了微通道内声传播模型,并引入了声学无反射边界以消除声波反射的影响。通过构建单/双层微通道声传播模型,探究了波长、通道宽度对声传播的影响及水平声压幅值的分布情况。进而通过在微通道上放置凹凸固体块模拟粗糙微通道环境,研究声波经过粗糙微通道后的变化,分析固体块的长度对声传播的影响,并将声波经过两种固体块的声压幅值差进行对比。研究结果证明格子Boltzmann方法可以有效地描述微观尺度下通道内声波的传播过程,从流体力学角度描述声场的分布,为声流固耦合相关领域的模拟计算的应用提供参考。 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 微通道 声传播 多松弛模型
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基于格子Boltzmann方法的吸热反应双颗粒沉降模拟
17
作者 宋祎祺 李雪 +1 位作者 叶茂 刘中民 《化工进展》 北大核心 2025年第5期2984-2996,共13页
双颗粒沉降问题是研究颗粒两相流系统流体力学行为的经典算例。为探究反应过程中热对流的影响,本文采用浸入边界-格子Boltzmann方法对耦合化学反应的催化剂双颗粒沉降过程进行了直接数值模拟,研究中低格拉晓夫数Gr下吸热反应对颗粒-流... 双颗粒沉降问题是研究颗粒两相流系统流体力学行为的经典算例。为探究反应过程中热对流的影响,本文采用浸入边界-格子Boltzmann方法对耦合化学反应的催化剂双颗粒沉降过程进行了直接数值模拟,研究中低格拉晓夫数Gr下吸热反应对颗粒-流体间相互作用和颗粒运动行为的影响。结果表明,反应颗粒的沉降运动受颗粒雷诺数Re、Gr和达姆科勒数Da的协同影响。由于热流体中发生吸热反应的颗粒所受热浮力与重力方向一致,随着Gr的增加,颗粒沉降速度增加,两颗粒出现横向振荡行为,并在热对流的作用下相互远离。根据颗粒Re的大小,颗粒运动模式可以分为三个阶段,随着Re的增大,热对流的影响逐渐减弱,颗粒惯性作用占主导。Da主要影响颗粒周围的热对流,当颗粒表面发生快速反应时,颗粒周围流体温度梯度增大,颗粒-颗粒间相互作用增强。 展开更多
关键词 浸入边界格子boltzmann方法 流体动力学 颗粒流 传热
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基于格子Boltzmann通量方法的多GPU并行计算数值模型
18
作者 卢云鹏 燕浩然 +1 位作者 张桂勇 刘浩晶 《中国造船》 北大核心 2025年第5期173-182,共10页
对于多相流动提出了一种基于格子Boltzmann通量求解的数值方法。使用“CPU+多GPU”的异构平台实现并行计算,并引入浸没边界法处理固体与流体的相互作用。用该方法处理跨越多个GPU流场的刚体运动,能在各GPU之间高效传递存储的流场信息,... 对于多相流动提出了一种基于格子Boltzmann通量求解的数值方法。使用“CPU+多GPU”的异构平台实现并行计算,并引入浸没边界法处理固体与流体的相互作用。用该方法处理跨越多个GPU流场的刚体运动,能在各GPU之间高效传递存储的流场信息,用少量计算资源以较高的计算效率处理亿级流场网格的数值问题。水平圆柱入水算例验证了方法的准确性,并用该方法模拟三体船砰击案例,分析船体受到的冲击载荷。 展开更多
关键词 格子boltzmann通量求解器 浸没边界法 多相流 并行计算
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多GPU平台上三维格子Boltzmann方法的并行化实现 被引量:1
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作者 向星 孙培杰 +1 位作者 张华海 王利民 《数据与计算发展前沿(中英文)》 2025年第5期16-27,共12页
【目的】针对大规模科学计算问题,计算范式的转变推动了通用图形处理器的发展,在计算流体力学领域新兴的格子Boltzmann方法在耦合先进物理模型时具有内在的计算效率和并行可扩展性的显著优势。【方法】本研究基于标准格子模型D3Q19,考... 【目的】针对大规模科学计算问题,计算范式的转变推动了通用图形处理器的发展,在计算流体力学领域新兴的格子Boltzmann方法在耦合先进物理模型时具有内在的计算效率和并行可扩展性的显著优势。【方法】本研究基于标准格子模型D3Q19,考虑三维区域分解和分布式数据通信方法,对三维格子Boltzmann方法进行了并行算法设计与优化。【结果】在某国产异构加速计算平台,对三维流动基准算例进行了不同网格规模下数值验证和精度测试,实现了高保真度瞬态模拟,并捕捉了不同时刻下三维涡结构的非定常演化。在单卡不同网格规模的性能测试中,在正确性验证的基础上,讨论了数据通信部分对并行性能的影响,并给出了单卡对于单核的加速比。在强/弱扩展性测试中,设置了单节点单卡和单节点四卡两组对照数值实验来研究节点间/节点内数据通信的差异。其中单节点单卡组最大计算网格规模约为21.5亿,使用了128节点上总计128张加速卡,运行时间为262.119s,并行性能为81.927GLUPS(每秒十亿格点更新,1GLUPS=103MLUPS),并行效率为94.76%;单节点四卡组最大计算网格规模约为85.9亿,使用了128节点上总计512张加速卡,并行性能为241.185GLUPS,并行效率为69.71%。【结论】本研究提出的并行化实现方法具有线性加速比和良好的并行可扩展性,展示了在E级超算系统上实现高效模拟的潜力。 展开更多
关键词 图形处理器 格子boltzmann方法 扩展性测试 大规模并行计算 三维Taylor-Green涡流
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基于轮廓积分的Boltzmann-BGK方程广义特征值问题的数值解法
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作者 姚睿男 毕林 +1 位作者 徐友才 马强 《四川大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期603-609,共7页
对Boltzmann-BGK方程的线性稳定性问题的广义特征值问题,本文给出了一种基于轮廓积分的数值求解法.该方法首先对线性化Boltzmann-BGK方程进行离散,得到其典型广义特征值问题,然后基于特殊矩阵函数形式,利用轮廓积分法来求解这个问题.数... 对Boltzmann-BGK方程的线性稳定性问题的广义特征值问题,本文给出了一种基于轮廓积分的数值求解法.该方法首先对线性化Boltzmann-BGK方程进行离散,得到其典型广义特征值问题,然后基于特殊矩阵函数形式,利用轮廓积分法来求解这个问题.数值算例表明,该方法可以高效求解稀薄流动下的Boltzmann流动稳定性问题的广义特征值问题,且具有较高精度.本文的结果有望在Boltzmann-BGK方程的线性稳定性分析研究中起关键作用. 展开更多
关键词 boltzmann-BGK方程 广义特征值问题 轮廓积分
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