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基于LBM-DEM的空沙移动床传热特性数值模拟
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作者 张剑 李斌 +3 位作者 杨雨昂 吴正人 王鑫 李新福 《太阳能学报》 北大核心 2025年第8期555-563,共9页
面向塔式太阳能热发电系统,研究空沙移动床换热器内稠密气固两相流动及换热的机理和特性,将格子Boltzmann方法(LBM)与离散单元法(DEM)结合,从介观尺度上建立LBM-DEM流动及传热模型。以不同空沙质量流量比为变量,对空沙移动床换热进行数... 面向塔式太阳能热发电系统,研究空沙移动床换热器内稠密气固两相流动及换热的机理和特性,将格子Boltzmann方法(LBM)与离散单元法(DEM)结合,从介观尺度上建立LBM-DEM流动及传热模型。以不同空沙质量流量比为变量,对空沙移动床换热进行数值模拟。分析其中气相和颗粒相温度场变化,比较不同类型的传热热流量在换热过程中所占比例及变化。结果表明,床内紧密的颗粒对气相温度场影响较大,阻碍气体沿流动方向传热,在加热一段时间后,床内气体温度分布逐渐稳定,温度梯度呈对角线分布,符合空气-沙子交叉换热的典型特点。颗粒在床内不同位置的温度变化差别较大,初始阶段仅左侧颗粒被加热,在温度场稳定后,颗粒温度沿气流入射方向的梯度较大。空沙移动床内主要换热方式为对流换热,在500℃的加热温度下,对流传热热流量占比约98.50%;辐射传热热流量、导热传热热流量与空气入射速度正相关;空沙流量比与气相效能负相关,与固相效能正相关;空沙流量比与效率正相关。 展开更多
关键词 太阳能热发电 两相流 传热特性 数值模拟 移动床换热器 lbm-DEM方法
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基于LBM的二维岩石电频散特性研究
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作者 石洪玮 柯式镇 +3 位作者 张宇航 胡昊 罗虎 陶婕 《测井技术》 2025年第2期171-178,共8页
在油气田勘探开发过程中,复电阻率频谱测井技术利用岩石阻抗的频散特性,能够更精确地区分油、气、水层。目前岩石复电阻率频散研究停留在宏观等效参数模型上,难以从微观角度解释岩石电频散机理。该研究基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Bol... 在油气田勘探开发过程中,复电阻率频谱测井技术利用岩石阻抗的频散特性,能够更精确地区分油、气、水层。目前岩石复电阻率频散研究停留在宏观等效参数模型上,难以从微观角度解释岩石电频散机理。该研究基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)建立了岩石电频散介观模型,通过模拟在不同频率下的二维孔隙通道的复电阻率频散响应,依据界面极化理论,讨论了外电场频率和岩石孔隙度对岩石电频散特性的影响规律与物理机理。模拟结果表明,介观模型能够成功反映外电场下多孔介质离子的运动规律,同时岩石孔隙度越大,模型响应的复电阻率虚部谷底越向频率增大方向移动,与实际岩石电频散实验规律一致。该研究所建立的介观模型可用于岩石电频散微观机理研究,为复电阻率测井技术应用于油气勘探开发提供理论基础。 展开更多
关键词 岩石电频散 格子玻尔兹曼方法(lbm) 介观模型 多孔介质 频谱分析
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餐厨垃圾微孔道内超临界相分离过程LBM模拟
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作者 杨文哲 李凤鑫 +5 位作者 王雷 高琪 曹景恒 代越洋 方妙镟 夏晓玉 《再生资源与循环经济》 2025年第9期19-26,共8页
实现餐厨垃圾处理与资源化利用是目前环境治理中亟待解决的问题,而餐厨垃圾的高效相分离是餐厨垃圾的处置与利用的关键。采用格子玻尔兹曼方法(LBM)进行了模拟,选用食用油中重要组成成分油酸来替代油脂,研究超临界CO_(2)(scCO_(2))与油... 实现餐厨垃圾处理与资源化利用是目前环境治理中亟待解决的问题,而餐厨垃圾的高效相分离是餐厨垃圾的处置与利用的关键。采用格子玻尔兹曼方法(LBM)进行了模拟,选用食用油中重要组成成分油酸来替代油脂,研究超临界CO_(2)(scCO_(2))与油酸在单孔道内的驱替过程,分析了不同界面张力系数G、黏度比M和润湿性对驱替过程的影响。结果表明:界面张力系数降低(G=0.03)可显著促进scCO_(2)扩散溶解,增长混相带长度,抑制指进现象,较(G=0.06)突破时间缩短25.1%;降低黏度比(M=500)可减少油酸阻力,提高驱替效率,较高黏度比(M=2000)突破时间缩短39.1%;润湿性壁面(GW1=-0.04)通过促进scCO_(2)沿壁面流动,突破时间较非润湿性壁面(GW1=0.04)缩短47.9%。 展开更多
关键词 餐厨垃圾 超临界CO_(2) lbm 界面张力 黏度比 润湿性
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微纳米孔隙内气体流动特性与LBM数值模拟研究 被引量:2
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作者 王登科 袁明羽 +7 位作者 李振 张清清 尚政杰 付建华 王岳栩 唐家豪 郭玉杰 庞晓非 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期15-25,共11页
目的研究瓦斯气体在煤层中的流动特性对于揭示煤层瓦斯赋存机理和扩散运移特性具有重要意义。煤中微纳米级孔隙结构十分复杂,为研究煤层瓦斯气体在微纳米孔隙中的流动特性,方法以均质纳米多孔炭薄膜为测试对象,采用扫描电镜实验对其孔... 目的研究瓦斯气体在煤层中的流动特性对于揭示煤层瓦斯赋存机理和扩散运移特性具有重要意义。煤中微纳米级孔隙结构十分复杂,为研究煤层瓦斯气体在微纳米孔隙中的流动特性,方法以均质纳米多孔炭薄膜为测试对象,采用扫描电镜实验对其孔隙大小和孔隙率进行定性定量分析;利用纳米尺度气体流动特征实验装置开展微纳米孔隙的气体流动实验研究,通过对比分析传统达西渗流模型和适用于微尺度下气体流动模型,结果得到更为详细的微纳米孔隙内气体流动特性:纳米多孔炭薄膜的视渗透率随着进气口压力的升高而下降,二者呈负相关的线性变化规律;视渗透率随着努森数降低而降低,二者呈正相关的线性变化规律,表明气体在微纳米尺度下的流动不符合传统的达西定律,滑脱效应和气体扩散不可忽视。采用格子Boltzmann方法(lattice boltzmann method,LBM)模拟不同进气口压力下的气体流动,得到不同气体压力下出口的气体流量,与实验结果进行对比,LBM模拟的平均误差为8.25%,整体吻合性较好,表明LBM数值模拟可有效揭示气体在微纳米尺度下的流动特性。结论研究结果可为今后分析煤层中的瓦斯流动机制和流动规律提供理论借鉴。 展开更多
关键词 微纳米孔隙 纳米多孔炭 气体流动特性 lbm模拟 lbm-D2Q9模型
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基于LBM的三维水翼空化流动并行数值模拟
5
作者 苏砚文 刘育玮 《数字技术与应用》 2025年第3期165-167,共3页
水翼空化流动研究对提高水力机械的抗空化性能和运行稳定性具有显著的工程应用价值,而数值模拟已成为水翼空化流动研究的重要手段。格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)在两相流模拟中表现出良好的适用性,尤其是在偏离热力... 水翼空化流动研究对提高水力机械的抗空化性能和运行稳定性具有显著的工程应用价值,而数值模拟已成为水翼空化流动研究的重要手段。格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)在两相流模拟中表现出良好的适用性,尤其是在偏离热力学平衡状态的复杂动力学中具有显著的优势,具有算法简单、适合并行计算等优点,具备广泛的应用潜力。 展开更多
关键词 三维水翼空化流动 lbm 数值模拟 并行计算
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基于LBM方法的天然气水合物分解影响因素分析
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作者 吉梦霞 侯红 +1 位作者 巩少鹏 张华 《节能》 2025年第4期36-40,共5页
采用格子玻尔兹曼多相模型,模拟天然气水合物分解过程中的气液相流动,通过Kim-Bishnoi模型实现动力学分解,结合VOP固相表面更新方法,描述分解过程中相界面的演变规律,并分析不同的多孔介质结构、水合物赋藏方式、边界温度、降压幅度对... 采用格子玻尔兹曼多相模型,模拟天然气水合物分解过程中的气液相流动,通过Kim-Bishnoi模型实现动力学分解,结合VOP固相表面更新方法,描述分解过程中相界面的演变规律,并分析不同的多孔介质结构、水合物赋藏方式、边界温度、降压幅度对天然气水合物分解的影响。结果表明,多孔介质的孔隙率越小,则越不利于水合物的分解,当孔隙率低于50%时,该影响更加明显,故考虑采用降压-助热联合开采的方式;水合物呈包裹状态更易分解;边界温度越高,越有利于水合物分解;降压幅度对单个天然气水合物的分解影响较小。 展开更多
关键词 天然气水合物 lbm方法 分解动力学
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基于LBM-IBM-DEM多孔介质内双/三颗粒迁移特性研究
7
作者 沈小又 朱康宁 +3 位作者 佛斌 蔡杰 席剑飞 顾中铸 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第1期164-169,共6页
本文为构建数值模拟模型,通过格子Boltzmann法求解液相流场,在模拟中采用IBM和DEM描述细颗粒在拉格朗日坐标下的受力、运动、碰撞和轨迹追踪,通过模拟双/三颗粒在多孔介质内的迁移,研究细颗粒之间的相互干涉,结果表明细颗粒在多孔介质... 本文为构建数值模拟模型,通过格子Boltzmann法求解液相流场,在模拟中采用IBM和DEM描述细颗粒在拉格朗日坐标下的受力、运动、碰撞和轨迹追踪,通过模拟双/三颗粒在多孔介质内的迁移,研究细颗粒之间的相互干涉,结果表明细颗粒在多孔介质内的迁移受到其他细颗粒的干涉,该干涉依赖于介质内的流体,当一个细颗粒堵塞时,压力分布会重新调整影响其他细颗粒的迁移,同时其他细颗粒的存在可促进或阻碍细颗粒在多孔介质内的迁移。 展开更多
关键词 多孔介质 格子BOLTZMANN方法 孔隙率 穿透率
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基于MRT-LBM的并列双圆柱绕流噪声数值模拟研究
8
作者 朱芸芸 朱业明 +6 位作者 陆松 杜文学 孙树堂 连一仁 荣誉 闫津 孙洪超 《机械设计与制造工程》 2025年第7期21-28,共8页
基于多重松弛时间格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM),对并列双圆柱绕流的流场和噪声特性进行了数值模拟。采用D2Q9模型,通过调整来流速度和圆柱间距,分析了不同工况下的流场结构和噪声辐射特性。结果表明,涡街的周期性脱落是噪声的主要来源,较... 基于多重松弛时间格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM),对并列双圆柱绕流的流场和噪声特性进行了数值模拟。采用D2Q9模型,通过调整来流速度和圆柱间距,分析了不同工况下的流场结构和噪声辐射特性。结果表明,涡街的周期性脱落是噪声的主要来源,较大的间距能降低低频噪声强度,减弱流动干扰,而较小的间距则增强涡量场强度,使噪声辐射增强。来流速度对噪声的频率和强度有显著影响,流速增加导致噪声高频成分增多,总声压级升高。声场辐射在空间上表现出强烈的指向性,尤其是在圆柱前方和下游两侧的涡流区域。研究结果对多圆柱结构的设计和噪声控制具有重要参考意义。 展开更多
关键词 多重松弛时间格子玻尔兹曼方法 结构设计 噪声控制 数值模拟
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Wave propagation across fluid-solid interfaces with LBM-LSM coupling schemes
9
作者 Mu-Ming Xia Hui Zhou +4 位作者 Chun-Tao Jiang Han-Ming Chen Jin-Ming Cui Can-Yun Wang Chang-Chun Yang 《Petroleum Science》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期3125-3141,共17页
Seismic wave propagation in fluid-solid coupled media is currently a popular topic. However, traditional wave equation-based simulation methods have to consider complex boundary conditions at the fluid-solid interface... Seismic wave propagation in fluid-solid coupled media is currently a popular topic. However, traditional wave equation-based simulation methods have to consider complex boundary conditions at the fluid-solid interface. To address this challenge, we propose a novel numerical scheme that integrates the lattice Boltzmann method(LBM) and lattice spring model(LSM). In this scheme, LBM simulates viscoacoustic wave propagation in the fluid area and LSM simulates elastic wave propagation in the solid area. We also introduce three different LBM-LSM coupling strategies, a standard bounce back scheme, a specular reflection scheme, and a hybrid scheme, to describe wave propagation across fluid-solid boundaries. To demonstrate the accuracy of these LBM-LSM coupling schemes, we simulate wave propagation in a two-layer model containing a fluid-solid interface. We place excitation sources in the fluid layer and the solid layer respectively, to observe the wave phenomena when seismic waves propagate to interface from different sides. The simulated results by LBM-LSM are compared with the reference wavefields obtained by the finite difference method(FDM) and the analytical solution(ANA).Our LBM-LSM coupling scheme was verified effective, as the relative errors between the LBM-LSM solutions and reference solutions were within an acceptable range, sometimes around 1.00%. The coupled LBM-LSM scheme is further used to model seismic wavefields across a more realistic rugged seabed,which reveals the potential applications of the coupled LBM-LSM scheme in marine seismic imaging techniques, such as reverse-time migration and full-waveform inversion. The method also has potential applications in simulating wave propagation in complex two-and multi-phase media. 展开更多
关键词 Lattice Boltzmann method(lbm) Lattice spring model(LSM) lbm-LSM coupling Finite difference method(FDM) Fluid-solid configuration Seismic wave simulation
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基于LBM-DEM细观数值模拟的水力诱导覆盖型岩溶地面塌陷发育过程分析 被引量:4
10
作者 陶小虎 叶明 +2 位作者 龚建师 王赫生 胡晓雨 《中国地质灾害与防治学报》 CSCD 2024年第1期124-131,共8页
文章以水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷为背景,基于离散元方法和格子Boltzmann方法,采用Bouzidi插值反弹边界格式和动量交换法,建立一种可以从细观角度模拟覆盖型岩溶塌陷的二维格子Boltzmann方法—离散元方法流固耦合模型。在此基础上对... 文章以水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷为背景,基于离散元方法和格子Boltzmann方法,采用Bouzidi插值反弹边界格式和动量交换法,建立一种可以从细观角度模拟覆盖型岩溶塌陷的二维格子Boltzmann方法—离散元方法流固耦合模型。在此基础上对承压水下降引起的覆盖型岩溶塌陷数值模拟开展了探索性研究。模拟结果表明:承压水位下降工况中地下水主要对隔水层岩溶开口处的颗粒产生影响,对土洞周围土体产生向下的作用力;土体颗粒的剥落容易造成土颗粒原位置和上方位置处水压的陡降,从而造成较强的水力坡降,使得地下水对内部颗粒作用力陡增,容易引起上方颗粒在地下水作用力和重力作用下失稳,导致从土体颗粒失稳至土层塌陷逐渐加速。研究成果对进一步从细观尺度进行水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷的发育过程与特征研究具有理论及实际意义。 展开更多
关键词 覆盖型岩溶 地面塌陷 地下水 数值模拟 lbm-DEM方法 细观尺度
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基于LBM水力裂缝中支撑剂颗粒团簇升阻力系数研究 被引量:1
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作者 张涛 吴春燕 +2 位作者 孙堃 卢聪 李聪 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期241-249,共9页
水力压裂中,裂缝壁面对支撑剂团在狭窄裂缝中输送沉降时的受力有重要影响。该文基于LBM建立颗粒流动数值模型,构建星型、三棱柱型、长方体型颗粒团簇模型,研究颗粒团簇在不同雷诺数Re、颗粒团簇与壁面相对距离H/d下的升阻力变化规律。... 水力压裂中,裂缝壁面对支撑剂团在狭窄裂缝中输送沉降时的受力有重要影响。该文基于LBM建立颗粒流动数值模型,构建星型、三棱柱型、长方体型颗粒团簇模型,研究颗粒团簇在不同雷诺数Re、颗粒团簇与壁面相对距离H/d下的升阻力变化规律。结果表明:壁面影响下,随Re的增大,颗粒团簇的曳力系数、升力系数均减小,且壁面方向升力系数总小于无壁面方向的结果;单颗粒曳力系数与团簇平均曳力系数的比值随Re的增加而减小,随壁面边界效应的影响而增大;不同位置的颗粒曳力系数比值表现为前排颗粒减小、中间颗粒先增大后减小、近壁面颗粒逐渐增大。随H/d的增大,颗粒团簇远离壁面,边界影响减弱,曳力系数减小程度逐渐减弱;前排及近壁面颗粒曳力系数比值与升力系数随之减小;远壁面颗粒逐渐靠近壁面,曳力系数比值增大。壁面边界效应会加剧近壁面颗粒受力,且外侧颗粒对内部颗粒受力有屏蔽作用。 展开更多
关键词 lbm 颗粒团簇 曳力系数 升力系数 壁面效应 水力裂缝
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基于LBM的海上低渗油藏水驱后烃气驱动用机理及提采效果研究
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作者 李南 谭先红 +5 位作者 杨仁锋 张利军 吴峻川 刘帅 刘云帆 李蕾 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期80-91,共12页
海上低渗油藏水驱后孔隙中仍存在大量剩余油,采用烃气驱可进一步提高采收率,但动用机理尚不明确。以南海北部湾海域涠洲12-1油田为研究对象,根据铸体薄片实验结果抽提孔隙特征,利用格子玻尔兹曼微观孔隙尺度模拟方法,开展了水驱后烃气... 海上低渗油藏水驱后孔隙中仍存在大量剩余油,采用烃气驱可进一步提高采收率,但动用机理尚不明确。以南海北部湾海域涠洲12-1油田为研究对象,根据铸体薄片实验结果抽提孔隙特征,利用格子玻尔兹曼微观孔隙尺度模拟方法,开展了水驱后烃气驱微观模拟,探究水驱后剩余油分布特征、烃气驱对剩余油的动用机理及不同气驱方式对驱油效果的影响。结果表明:水驱后孔隙中剩余油主要以并联孔道、膜状、盲端孔隙、小孔喉盲端孔隙等形式赋存;注入烃气可通过溶解萃取、原油膨胀、改善流道等动用剩余油,提高波及系数;烃气与原油混相时,气体突破时间延后25.29%,波及系数提高24.87%;不同注气方式中水气交替驱替效果最好,注入水可有效封堵高渗通道,提升注入气利用率,以1:1的水气段塞时注入气利用率可提升41.43%。该研究对海上低渗油藏水驱后烃气驱开发具有理论指导意义。 展开更多
关键词 lbm 海上低渗油藏 孔隙尺度 混相程度 烃气驱
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An MPI parallel DEM-IMB-LBM framework for simulating fluid-solid interaction problems 被引量:2
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作者 Ming Xia Liuhong Deng +3 位作者 Fengqiang Gong Tongming Qu Y.T.Feng Jin Yu 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第6期2219-2231,共13页
The high-resolution DEM-IMB-LBM model can accurately describe pore-scale fluid-solid interactions,but its potential for use in geotechnical engineering analysis has not been fully unleashed due to its prohibitive comp... The high-resolution DEM-IMB-LBM model can accurately describe pore-scale fluid-solid interactions,but its potential for use in geotechnical engineering analysis has not been fully unleashed due to its prohibitive computational costs.To overcome this limitation,a message passing interface(MPI)parallel DEM-IMB-LBM framework is proposed aimed at enhancing computation efficiency.This framework utilises a static domain decomposition scheme,with the entire computation domain being decomposed into multiple subdomains according to predefined processors.A detailed parallel strategy is employed for both contact detection and hydrodynamic force calculation.In particular,a particle ID re-numbering scheme is proposed to handle particle transitions across sub-domain interfaces.Two benchmarks are conducted to validate the accuracy and overall performance of the proposed framework.Subsequently,the framework is applied to simulate scenarios involving multi-particle sedimentation and submarine landslides.The numerical examples effectively demonstrate the robustness and applicability of the MPI parallel DEM-IMB-LBM framework. 展开更多
关键词 Discrete element method(DEM) Lattice Boltzmann method(lbm) Immersed moving boundary(IMB) Multi-cores parallelization Message passing interface(MPI) CPU Submarine landslides
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A particle-resolved heat-particle-fluid coupling model by DEM-IMB-LBM 被引量:1
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作者 Ming Xia Jinlong Fu +2 位作者 Y.T.Feng Fengqiang Gong Jin Yu 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第6期2267-2281,共15页
Multifield coupling is frequently encountered and also an active area of research in geotechnical engineering.In this work,a particle-resolved direct numerical simulation(PR-DNS)technique is extended to simulate parti... Multifield coupling is frequently encountered and also an active area of research in geotechnical engineering.In this work,a particle-resolved direct numerical simulation(PR-DNS)technique is extended to simulate particle-fluid interaction problems involving heat transfer at the grain level.In this extended technique,an immersed moving boundary(IMB)scheme is used to couple the discrete element method(DEM)and lattice Boltzmann method(LBM),while a recently proposed Dirichlet-type thermal boundary condition is also adapted to account for heat transfer between fluid phase and solid particles.The resulting DEM-IBM-LBM model is robust to simulate moving curved boundaries with constant temperature in thermal flows.To facilitate the understanding and implementation of this coupled model for non-isothermal problems,a complete list is given for the conversion of relevant physical variables to lattice units.Then,benchmark tests,including a single-particle sedimentation and a two-particle drafting-kissing-tumbling(DKT)simulation with heat transfer,are carried out to validate the accuracy of our coupled technique.To further investigate the role of heat transfer in particle-laden flows,two multiple-particle problems with heat transfer are performed.Numerical examples demonstrate that the proposed coupling model is a promising high-resolution approach for simulating the heat-particle-fluid coupling at the grain level. 展开更多
关键词 Particle-fluid interaction Heat transfer Discrete element method(DEM) Lattice Boltzmann method(lbm) Dirichlet-type thermal boundary Direct numerical simulation
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基于LBM的低导热材料板强化沸腾换热机理分析 被引量:1
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作者 曹海亮 刘红贝 +2 位作者 张子阳 赵晓亮 郭赛 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2024年第3期103-110,共8页
为进一步强化沸腾换热,通过在固体加热器的上壁面附近嵌入多段低导热材料板,实现了沸腾换热的受热面上的温度随空间的交替变化。采用单组分多相LBM,考察了低导热材料板的数量和间隙间距对沸腾换热性能和气泡动力学的影响,从微观角度揭... 为进一步强化沸腾换热,通过在固体加热器的上壁面附近嵌入多段低导热材料板,实现了沸腾换热的受热面上的温度随空间的交替变化。采用单组分多相LBM,考察了低导热材料板的数量和间隙间距对沸腾换热性能和气泡动力学的影响,从微观角度揭示了添加低导热材料板强化沸腾换热的机理。结果表明:气泡动态行为随间隙间距的增大而发生变化,会出现气泡合并、独立生长等气泡脱离过程。结合气泡动态行为、温度场和流场分析,发现气泡首先会在间隙受热面处成核生长,脱离气泡的涡流可以促进生长气泡在受热面的横向迁移和合并过程,在一定间隙间距范围,气泡会相互融合形成较大的液桥,液桥的存在能够促进受热面气泡根部周围微层的蒸发,推动了间隙受热面处的冷流体再润湿过程。添加多段低导热材料板,间隙处热量积聚、气泡合并形成液桥、间隙受热面的再润湿、气泡横向迁移和多气泡的快速合并等这些过程的共同作用强化了沸腾换热性能。 展开更多
关键词 低导热材料板 气泡动力学 格子玻尔兹曼方法 气液两相流 强化换热
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基于神威加速计算架构的LBM多级并行计算 被引量:1
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作者 王鑫 张祖雨 《计算机系统应用》 2024年第8期60-67,共8页
格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)是一种基于分子运动理论计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法,提高LBM的并行计算能力是高性能计算领域的一项重要的研究内容.本文基于SW26010Pro处理器,通过区域分解... 格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)是一种基于分子运动理论计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法,提高LBM的并行计算能力是高性能计算领域的一项重要的研究内容.本文基于SW26010Pro处理器,通过区域分解、数据重构、双缓冲、向量化等优化方法,实现了LBM的多级并行.基于以上优化方案,测试了5600万网格规模,实现结果显示,相比于MPI进行级并行,碰撞过程的平均加速倍数达到61.737、迁移过程的平均加速倍数达到17.3,同时对方腔流案例做了强扩展测试,网格规模为1200×1200×1200,以6.2万计算核心为基准,百万核心的并行效率超过60.5%. 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼方法 计算流体力学 数值模拟 高性能计算 神威加速计算架构
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基于GPU的LBM迁移模块算法优化 被引量:3
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作者 黄斌 柳安军 +3 位作者 潘景山 田敏 张煜 朱光慧 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期232-238,共7页
格子玻尔兹曼方法(LBM)是一种基于介观模拟尺度的计算流体力学方法,其在计算时设置大量的离散格点,具有适合并行的特性。图形处理器(GPU)中有大量的算术逻辑单元,适合大规模的并行计算。基于GPU设计LBM的并行算法,能够提高计算效率。但... 格子玻尔兹曼方法(LBM)是一种基于介观模拟尺度的计算流体力学方法,其在计算时设置大量的离散格点,具有适合并行的特性。图形处理器(GPU)中有大量的算术逻辑单元,适合大规模的并行计算。基于GPU设计LBM的并行算法,能够提高计算效率。但是LBM算法迁移模块中每个格点的计算都需要与其他格点进行通信,存在较强的数据依赖。提出一种基于GPU的LBM迁移模块算法优化策略。首先分析迁移部分的实现逻辑,通过模型降维,将三维模型按照速度分量离散为多个二维模型,降低模型的复杂度;然后分析迁移模块计算前后格点中的数据差异,通过数据定位找到迁移模块的通信规律,并对格点之间的数据交换方式进行分类;最后使用分类的交换方式对离散的二维模型进行区域划分,设计新的数据通信方式,由此消除数据依赖的影响,将迁移模块完全并行化。对并行算法进行测试,结果显示:该算法在1.3×10^(8)规模网格下能达到1.92的加速比,表明算法具有良好的并行效果;同时对比未将迁移模块并行化的算法,所提优化策略能提升算法30%的并行计算效率。 展开更多
关键词 高性能计算 格子玻尔兹曼方法 图形处理器 并行优化 数据重排
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基于面向对象对CUDA架构的LBM计算程序优化
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作者 韦华健 张乾毅 +1 位作者 张静静 李华兵 《桂林电子科技大学学报》 2024年第6期579-584,共6页
晶格玻尔兹曼方法(LBM)是一种新颖而有前途的计算流体力学方法,从算法的角度看,其迭代过程能被分化为多个子问题的并行程序,非常适合在高性能图像处理器(GPU)计算,获得极快的数据处理速度,同时有大量工作报告了基于GPU计算的LBM方法得... 晶格玻尔兹曼方法(LBM)是一种新颖而有前途的计算流体力学方法,从算法的角度看,其迭代过程能被分化为多个子问题的并行程序,非常适合在高性能图像处理器(GPU)计算,获得极快的数据处理速度,同时有大量工作报告了基于GPU计算的LBM方法得到了高效实现。程序环境以C++编程语言,运用面向对象思想优化CUDA程序结构,可减少程序的耦合性,赋予程序的可持续发展能力;使用Poiseuille flow模型验证优化程序的稳定性与准确性。在程序运行过程中,调用CUDA内核函数来处理模型内的碰撞、迁徙流动、计算宏观量的迭代过程,同时使用共享内存储存GPU运行时的数据,以提高计算效率。数据分析结果表明,计算速度较中央处理器(CPU)提升了70倍,这归功于GPU高性能的并行计算能力。 展开更多
关键词 晶格玻尔兹曼方法 面向对象 Poiseuille flow模型 CUDA
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基于LBM方法的圆盘等速入水空泡的数值模拟 被引量:10
19
作者 张珂 颜开 +1 位作者 褚学森 程贯一 《船舶力学》 EI 北大核心 2010年第10期1129-1133,共5页
采用单相格子Boltzmann模型进行了物体垂直入水问题的研究。该模型适用于大密度比的气液两相流动,其特点是忽略了系统中气相对液相的动力学影响。模拟了圆盘垂直等速入水过程,给出了入水过程中空泡与自由面的变化规律,研究了圆盘入水空... 采用单相格子Boltzmann模型进行了物体垂直入水问题的研究。该模型适用于大密度比的气液两相流动,其特点是忽略了系统中气相对液相的动力学影响。模拟了圆盘垂直等速入水过程,给出了入水过程中空泡与自由面的变化规律,研究了圆盘入水空泡相对闭合深度与Froude数之间的关系。数值模拟结果与相关的实验结果吻合良好,验证了格子Boltzmann方法(LBM:Lattice Boltzmann Method)模拟物体入水问题的可行性。 展开更多
关键词 入水空泡 数值模拟 格子Boltzmann方法(lbm) 自由面流动
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