基于改进FV-LBM的多孔介质渗流模拟

提出了一种新的基于Brimman -Forchheimer方程的多孔介质流动格子Boltzmann法的有限体积形式（FV-LBM）。在该方法中,多孔介质效应通过将外力引入格子Boltzmann方程中,并通过以单元为中心的有限体积法求解,同时将权重的校正因子引入进来以提高数值计算的稳定性。用该方法验证了完全多孔Poiseuille流和Couette流,数值计算结果与理论解吻合较好。而且还用该方法模拟了具有均匀和非均匀孔隙度的裂隙-孔隙模型,结果表明：当达西数增加时,多孔层中的速度增加;而当裂隙区域的速度峰值减小时,速度轮廓接近抛物线。研究成果为多孔介质渗流模拟提供了有效途径。     

用格子Boltzmann方法模拟平板层流边界层流动

本文应用格子Boltzmann方法模拟了平板层流边界层流动。考虑到平板边界的影响，我们对模型进行了修正，在标准格子Boltzmann方程中引入压力修正项。该项满足一定的假定条件，从而消除了压缩性引起的偏差。作为算例，我们用修正的模型计算了平板层流边界层流动，并与经典的Blasius解及Lavallee的格子气自动机结果进行了比较，结果是可以接受的。     

Sine-Gordon方程的格子Boltzmann模型

格子Boltzmann方法为研究非线性复杂系统提供了一种新的手段。文中采用单驰豫形式的格子Boltzmann方程，建立起了Sine—Gordon方程的格子Boltzmann模型，并对该方程进行了数值模拟，得到了令人满意的结果。     

二维剪切流的格子 Boltzmann 模拟

本文给出了格子Boltzmann方法收敛到Navier Stokes方程严格的证明过程。之后,我们应用标准的格子Boltzmann方法模拟二维剪切层流动中的Kelvin Helmholtz不稳定问题。结果表明,剪切流动的不稳定情况可以在无表面张力的模拟中得到。     

缓坡方程的有限分析数值模式

基于时间关联的双曲型缓坡方程,采用九点有限分析法,建立近岸波浪传播变形的数值模式,在对时间关联的双曲型缓坡方程数值离散时,空间导数采用九点有限分析法,时间导数仍采用有限差分法,再采用质量集中方法得到本文的数值模式。为了验证本模式的数值精度和有效性,分别对Berkhoff(1972)实验和突堤地形进行数值模拟,结果表明本模式的模拟值与物理模型试验值、解析解及有限差分模式的模拟值吻合良好,表明本模式可以对近岸波浪传播过程中折射、绕射、反射、浅水变形、波浪破碎和弱非线性等因素的影响进行较好的预测。     

基于格子玻尔兹曼方法的植被水流数值模拟研究

文章围绕植被作用下的二维浅水流动数值模拟开展研究,在控制方程组中增加了植被引起的阻力项,采用D2Q9格子类型,基于格子Boltzmann方法建立了模拟植被影响的二维浅水流动数学模型。选择室内水槽试验对模型进行验证,计算结果与试验数据吻合较好。利用建立的模型研究植被对抚河故道行洪时水位、流速的影响,结果表明植被的存在使主河道水位壅高、流速减小。文章对扩展格子Boltzmann方法在计算水力学领域的应用和揭示植被对水流的影响规律具有重要意义。     

具有捕捉激波能力的一维溃坝波及孤立波爬坡数学模型

该文基于浅水方程(SWE)和扩展的Boussinesq方程建立了一维溃坝波演变及波浪爬坡显格式数学模型,该模型能够计算不同时刻及不同地段洪水在波浪演进过程中的水深和流速等.模型采用有限体积法离散方程和应用带有四阶精度的HLL格式的近似Riemann解计算界面的通量,且能够精确的捕捉干湿界面的动边界问题,在计算中静水压力被放入源项中,摩阻项和植物拖曳力项采用隐式离散的方法来增加计算的稳定性.采用建立的数学模型对溃坝波越过三角障碍物、溃坝波爬坡及无植物和带有植物的孤立波爬坡等典型算例进行模拟,结果显示该模型具备较好的精度、守恒性、捕捉间断和模拟动边界的能力,故该模型对于溃坝水流的预测以及海岸带岸坡的设计和防护等方面具有重要的应用价值.     

振荡层流边界层运动的格子Boltzmann模拟

将波浪作用下的振荡边界层问题化为振动平板边界层问题，利用格子Boltzmann方法中不可压缩的模型模拟了线性波和椭圆余弦波作用下的层流边界层流速变化，并和理论解进行了比较。算例表明，不同波浪条件下的数值模拟结果和理论解吻合较好，仅在流速较小的相位时两者在近床面处有较大误差，误差的形成主要与边界条件的精度有关。     

孤立波爬坡，漫顶以及再生的数值模拟

本文用数值模拟的方法对孤立波翻越倾斜坡岸的全过程进行了研究.计算过程稳定,同Hall&Watts和NicholasDodd的实验结果吻合良好,某些情况下比NicholasDodd方法更接近实测值.能很好地模拟出波浪爬坡,漫顶以及越过物体后再次形成波浪的全过程.     

三维分形絮团沉降的格子Boltzmann模拟

黏性泥沙絮团的形成机理和沉降特性对河口海岸细颗粒泥沙运动规律研究具有重要作用。为了从微观结构出发研究絮团运动机理，由扩散受限絮凝体聚集模型生成不同大小的分形絮团，引入格子Boltzmann方法模拟三维分形絮团的静水沉降，获得了絮团沉速的变化过程。比较格子Boltzmann算法模拟结果与采用盒子计数分维数的 Winterwerp絮团沉速公式，发现二者有较好的一致性，表明格子Boltzmann模拟方法可应用于河口海岸环境中的黏性泥沙运动研究。     

HYDRODYNAMICS OF FRACTAL FLOCS DURING SETTLING

The settling and hydrodynamic properties of 3-D fractal flocs in quiescent water are investigated with a numerical model based on the Lattice Boltzmann Method (LBM), with considering the settling velocity, hydrodynamic drag force and infra-floc flow. The comparisons of floc settling velocities and effective densities indicate that the numerical results present good agreements with observations in field and at laboratory. The results show that the drag force FD increases with the floc size df according to the relationship FD∝df3. Moreover, the intra-floc flow field and movement of the pore water provide a better understanding of the intra-floc flow from the microscopic viewpoint. The results also indicate that the lattice Boltzmann method is a promising approach to reveal the mechanisms of the flocculation in aquatic environments.     

A LATTICE BOLTZMANN METHOD FOR SIMULATION OF A THREE- DIMENSIONAL DROP IMPACT ON A LIQUID FILM

A single-phase free surface tracking model based on the Lattice Boltzmann Method （LBM）, which has capability of simulating liquid-gas system with the assumption that the gas phase has only negligible influence on the liquid phase, is utilized to simulate the flow of a drop impacting on a liquid film. Three typical outcomes in the flows, i.e., deposition, crown and splash, which have been observed in the previous experiments, are obtained in the present three dimensional numerical simulations. The numerical results are consistent with the experimental and analytical results available.     

INCOMPRESSIBLE MULTI-RELAXATION-TIME LATTICE BOLTZMANN MODEL IN 3-D SPACE

Multi-Relaxation-Time Lattice Boltzmann Method(MRT LBM) is of better numerical stability and has attracted more and more research interests.The previous MRT LBM included artificial compressible effects.To overcome the disadvantage,an incompressible MRT LBM has been proposed in two dimensions recently.In this article,we present incompressible MRT LBMs in 3-D space,with example of nineteen-velocity.The equilibria in momentum space are derived from an earlier incompressible Lattice Bhatnagar-Gross-Krook(LBGK) ...     

LATTICE BOLTZMANN METHOD WITH DOUBLE MESHES

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ,ｔｈｅｏｒｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＬａｔｔｉｃｅＢｏｌｔｚｍａｎｎｍｅｔｈｏｄ (ＬＢＭ )ｈａｖｅｍａｄｅｒａｐｉｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ,ｍａｋｉｎｇＬＢＭｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌａｐｐｒｏａｃｈｅｓｉｎＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ (ＣＦＤ )ａｎｄａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｗａｙｔｏｓｉｍｕ ｌａｔｅｔｈｅｆｌｕｉｄｆｌｅｌｄ[1] .ＴｈｅｋｅｙｉｄｅａｂｅｈｉｎｄＬＢＭｉｓｔｈ…     

格子 Boltzmann 模型的边界条件分析

本文研究格子Boltzmann方法中实现速度边界条件的六种格式 ,对它们的精度和稳定性进行了分析和比较。通过对二维Poiseuille流、Couette流和Womersley流的模拟 ,验证了各种格式的精度和稳定性     

基于格子玻尔兹曼法的三维溃坝流数值模拟与验证

溃坝问题一直是验证数值模拟方法有效性的经典问题。利用基于格子玻尔兹曼离散方法研发的XFlow软件来模拟三维溃坝问题,以此验证其有效性并提出进一步的改进方向。为了对比前人所做的实验和模拟结果,计算了无障碍三维溃坝流相应监测点的压力、水位等要素,得到了水流演进过程,并提出了用增强固壁函数法处理固壁边界以增强计算的稳定性,另外还考虑了有矩形障碍物的三维溃坝问题。研究结果表明：该方法能捕捉到某一时间点的自由液面,相关数据计算结果准确,且无需划分网格,能减少工作量,但结果稳定性较差,合理运用边界处理方法能有效解决这一问题。     

A LATTICE BOLTZMANN SUBGRID MODEL FOR LID-DRIVEN CAVITY FLOW

In recent years, the Lattice Boltzmann Method (LBM) has developed into an alternative and promising numerical scheme for simulating fluid flows and modeling physics in fluids. In order to propose LBM for high Reynolds number fluid flow applications, a subgrid turbulence model for LBM was introduced based on standard Smagorinsky subgrid model and Lattice Bhatnagar-Gross-Krook (LBGK) model. The subgrid LBGK model was subsequently used to simulate the twodimensional driven cavity flow at high Reynolds numbers. The simulation results including distribution of stream lines, dimensionless velocities distribution, values of stream function, as well as location of vertex center, were compared with benchmark solutions, with satisfactory agreements.     

二维明渠非恒定水流BGK数值模型

本文根据BGK波尔兹曼方程及明渠水流中波尔兹曼变量与宏观变量之间的基本关系，导出了明渠水流运动方程，验证了BGK波尔兹曼方程与明渠水流运动方程的一致性，并从理论上证明，圣维南方程是BGK明渠水流模型在局部平衡状态下的一个特例。以BGK波尔兹曼方程为基本方程，利用有限体积离散方法，建立了满足熵原理的二维明渠非恒定水流的BGK数值模型。通过对典型的明渠水流现象的模拟，并与其它计算方法获得的解以及实验结果相比较，表明BGK模型勿须人为的熵修正，能准确地模拟存在不连续运动的明渠水流运动，是一种较好的明渠非恒定水流模型。