Rayleigh对流及其对界面传质影响模拟的格子Boltzmann方法
用于界面对流模拟的格子Boltzmann方法
摘 要 ：通过 引入外力修正 系数和界 面对流强度 ，在介观尺度上运用格 子Ｂ ｌｍａ ｎ ｏｔ ｎ 方法模拟 乙酸 乙酯 吸收二 ｚ
氧化碳传质过程 的界ＮＲ ｙｅ ｈ ａｌｉ 对流现 象。基 于实验 测定 的流 场平均速 度值 来确 定外力修 正系数，在外力修 正 ｇ 系数确定 的条件下 ， 进行 了平均速度分 析 ，其结果 与实验相符 ；并且考查 了平均浓度和界面对流强度随 时间变
Ｆ Ｕ Ｂｏ， ＹＵ ＡＮ ｉ ａ ｇ， Ｃｈ ｎＷ ｅ ， Ｃｈ ｎ Ｓ ｕ ｎｇ Ｘ ｇｎ ｅ ｉ ｅ ｈ ｙｏ
（ｔｔＫ ｙＬ ｂ ｒｔ ｙｏ Ｃ ｅ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｔ ｎｉ Ｕ ｉ ｒｉ， ｉ ｊｎ３ ０ ７， ｈ ａ Ｓ ｅ ｅ ａ ｏａ ｒ ｈ ｍ ｃ ｇｎｅｉ ， ｉ ｊ ｎｖ ｓｙ Ｔａ ｉ ００ ２ ｉ ） ａ ｏ ｆ ａＥ ｎ ａ ｎ ｅ ｔ ｎ Ｃ ｎ
化关系。
关键 词 ：化学工程 ；外力修 正系数 ；格子Ｂ ｌ ｍａ ｎ ｏｔ ｎ 方法 ；界面对流强度 ｚ 中图分类号 ：Ｔ ２ ． Ｑ０ １ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ —７ ８ （０ ８ １ —０ ４ —６ ６ ３ １０２ ０ ）２ ９ １
Ａ ｔｉ ｅ Ｂｏ ｔ ｍ ａ ｎ ｍ ｅ ｈｏ ｏ ｉ ｕｌ ｔｏ Ｌａ ｔｃ — ｌｚ ｎ ｔ ｄ ｆ ｒｓｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｒ ａ ｉ ｌ ｏ ｖ ｃ ｉ ｎ ｐｈ ｎ ｍ ｅ ｏ ｆ ｎ ｅ ｆ ｃ ａ ｎ ｅ ｔｏ ｅ ｏ ｉ ｃ ｎ ｎ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｂｙ ｉ ｔｏ ｕ ｉｇ ｃ ｒｅａｉ ｎ ｃ ｅ ｃｅ ｔｏ ｘ ｅ ｎ ｌｆ ｒ ｅ ａ ｄ ｉｔ ｒａ ｉ ｌｃ ｎ ｅ ｔｏ ｎ ｅ ｓｔ ，ａ １ｔ ｃ ｔａ ｔ ｎ ｒ ｄ ｃｎ ｏ ｒ ｌｔｏ ｏ ｆ ｉｎ ｆ ｅ ｔ ｒ ａ ｏ ｃ ｎ ｎ ｅ ｆ ｃａ ｏ ｖ ｃｉｎ ｉ ｔｎ ｉ ｉ ｙ ａ ｔ ｅ ｉ Ｂｏ ｔｍａ ｎ ｍ ｅｈ ｄ ｉ ｓ ｄ ｆ ｒｓｍ ｕ ａｉ ｎ ｏ ｈ ｎ ｅ ｆ ｃａ ｙ ｅｇ ｏ ｖ ｃｉ ｎ ｐ ｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｈｅ ｍ ａ ｓｔａ ｓｅ ｌ ｚ ｎ ｔ ｏ Ｓｕ ｅ ｏ ｉ ｌｔｏ ｆｔ ｅ ｉ ｔｒａ ｉｌＲａ ｌｉ ｈ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｈ ｎ ｍ ｎ ｎ ｔ ｓ ｒ ｎ ｆ ｒ
颗粒群绕流传质特性的格子Boltzmann模拟
颗粒群绕流传质特性的格子Boltzmann模拟王利民;吴承优【摘要】为考察气固两相流中颗粒团聚对气固传质过程的影响,采用耦合传质的格子Boltzmann模型对在空间均匀分布的颗粒结构和非均匀分布的颗粒团聚物结构条件下的绕流过程进行了直接数值模拟,得到了气体绕颗粒流动的速度分布和伴随流动的浓度分布,发现颗粒团聚物对绕流过程的速度分布和浓度分布都具有明显的影响.通过对颗粒绕流的气固传质过程进行定量分析发现,在两种结构条件下计算得到的传质舍伍德数均随着雷诺数的增大而呈指数函数形式增大,并且在均匀结构条件下的传质舍伍德数一般为非均匀结构条件下的3～5倍,颗粒团聚物的存在将严重影响颗粒绕流过程的气固传质效率.通过格子Boltzmann方法建立的气固相间传质模型,可以为研究气固两相流介尺度结构的传递特性提供理论依据.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2016(032)004【总页数】8页(P289-296)【关键词】颗粒群绕流;颗粒团聚物;格子玻尔兹曼方法;传质;数值模拟【作者】王利民;吴承优【作者单位】中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TQ021.4气固流动中，团聚物对气固传递特性的影响很大［1］。
从20世纪80年代，李静海等［2］开始研究气固反应器层次的介尺度问题，从颗粒聚团现象入手，认为聚团的形成来源于气体和颗粒的各自运动趋势在竞争中的协调，从而建立了能量最小多尺度（Energy-Minimization Multi-Scale，EMMS）模型，通过EMMS模型计算发现稀相和密相的曳力系数存在几个数量级的差异［3］，而双流体模型对微元网格内部的平均化处理却忽略了该非均匀结构的影响。
杨宁等［4］利用EMMS 模型考虑了宏观非均匀结构对计算网格的曳力修正，更准确地预测了快速流化床的颗粒夹带量。
界面Rayleigh对流现象模拟的格子Boltzmann方法
在 界 面 传 质 过 程 中普 遍 存 在 界 面 对 流 现 象 ， 由近 界 面传 质导 致 的 浓 度 梯 度 会 导 致 密 度 或 表 面 张 力 梯 度 ， 致 Ｒ ｙｅ ｈＢ ｎｒ 导 ａｌｉ —ｒａｄ或 Ｍａａｇｎ ｇ ｒｎｏｉ对 流 Ｊ 目前对 该 现 象 的模 拟 主 要采 用 了基 于 Ｎ ｖ． 。 ａｉ
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第 ３卷 第６ ６ 期
２０ ０ ８年 ６月
化 学 工 程 Ｃ Ｅ Ｉ Ａ Ｎ ＩＥ Ｒ Ｎ Ｃ Ｎ Ｈ Ｍ Ｃ ＬＥ Ｇ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ（ ＨＩＡ）
Ｖ０ ． ６ Ｎ ． １３ ｏ ６
Ｊｎ ２ ０ ｕ． ０８
界 面 Ｒ ｙｅ ｈ对 流 现 象 模 拟 的格 子 Ｂ ｌｍ ｎ ａｌ ｇ ｉ ｏ ｚ ａｎ方法 ｔ
Ａｂｓｒ ｃ Ａ ｓ ｃ ｎ ｄ ｓｒｂｕ ｉｎ ｕ ｃ ｉｎ ｔ ａ ｔ： ｅ ｏ ｄ ｉｔｉ ｔ ｆ ｎ ｔ ｗａ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ａ ｄ ｏ ｌｄ ； ｏ ｏ ｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｎ ｃ ｕｐ ｅ ｗｉｈ 山ｅ ｔ ＬＢＧＫ ｍｏ ｅ ｆ ｒ ｈ Ｌａｔｃ ｄ ｌ ｏ ｔｅ ｔｉ ｅ Ｂｏ ｍａ ｎ ｍｅｈ ｄ．ａ ｄ ｔｅ ｉ ｔｒａ ｉ ｏ ｖ ｃ ｉｎ ｐ ｎ ｍｅ ａ ｉ ａ —ｉ ｕ ｄ ｍａ ｓ ｔａ ｓｅ ｙ ｔｍ ｓｓｍｕ ａｅ ｈｚ ｎ ｔ ｏ ｎ ｈ ｎ ｅｆ ｅａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｈｅ ｏ ｎ ｎ ａ ｇ ｓ ｌｑ ｉ ｓ ｒ ｎ ｆ ｒ ｓ ｓｅ ｗａ ｉ ｌ ｔｄ． ｌ ｏ Ｔ ｎ ｕ ｎ ｅ ｆｔｌ ｃ．Ｒａ ｎ ｈｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｓｏ ｌ Ｓ ｌ ｅ ｕｍｂ ｒ ｎ ｉｔ ｂ ｄ ｉ ｔ ｒａ ｉ ｉｆ ｉｎ ｏ ｎ ｅ ｆｃ ａ ｙ ｅｇ ｏ ｖ ｃ ｉｎ ｗｅ ｅ ｅ ｓ ａ ｄ ｄ ｓｕｒ ｅ ｎ ｅ ｆ ｃａ ｄ ｆ ｏ ｎ ｉ ｔ ｒａ ｉ Ｒａ ｌ ｉｈ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ｌ ｕｓ ｌ ｏ ｓｕｄ ｅ ｔ ｉｄ．ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｔｃ ａｕｅ ｏ ｎ ｈ ｒ ｉａ ｖ ｉ ｌ ｌ ｆＲａ ｗａ 山ｉ ｈ ａ ｇ ｒ ｍ ． × １ ｔ ０ ×１ Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｅ ｅ ｕ ｔ ｒ ｓ ｗｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｆｏ １ ０ ０ ｏ ２． ０ ． ｈ ｉ ｌ ｔ ｄ ｒ ｓ ｌｓ ａ ｅ ｃ ｎ ｉｔｎ ｔ 山ｅ ｐｒｖ ｏ ｓｙ ｏ ｓ ｒ ｅ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｒｓ ｌｓ．ｗｈ ｃ ｄ ｍｏ ｓｒ ｔｓ ｔ ｕ ｔｂ ｌｔ ｆ ｔ ｎ ｄ ｃ ｄ ｏ ｓｓｅ ｔｗｉｈ ｅ ｉｕ ｌ ｂ ｅ ｖ ｄ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎａ ｅｕｔ ｌ ｉｈ ｅ ｎ ｔａ ｅ ｈｅ ｓ ｉ ｉｉ ｏ ｈｅ ｉ￣ｏ ｕ ｅ ａ ｙ ＬＢＧＫ ｄ ｌｆ ｒｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｏ ｆｉ ｔｒａ ｉ ｙ ｅｇ ｏ ｖ ｃｉ ｎ ａ ｄ ｍａ ｓ ｄ ｆ ｉｎ． ｍｏ ｅ ｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｏ ｎ ｅ ｆｃ ａ Ｒａ ｌｉｈ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｎ ｓ ｉ ｕｓｏ ｏ ｉ ｌ ｆ
疏水表面流体流动特性的格子Boltzmann方法模拟
疏水表面流体流动特性的格子Boltzmann方法模拟黄桥高;潘光【摘要】采用格子Boltzmann方法研究了微形貌对固体表面润湿性的影响，在此基础上进一步模拟了具有微形貌的疏水表面通道内的流体流动，从法向速度、剪应力、滑移速度等角度分析了疏水表面的流场特性，揭示了疏水表面滑移流动的产生机制。
结果表明，疏水表面的滑移流动是由低表面能作用和微形貌共同引起的。
具有微形貌的疏水表面比光滑疏水表面具有更好的减阻效果，原因在于微形貌能够驻留气体，形成的气液自由剪切面加剧了疏水表面的滑移流动，最大滑移速度可以达到主流平均速度的50%左右。
%The influence of microcosmic topography on the surface wettability is investigated using a lattice Boltzmann method, and then the liquid flow over hydrophobic surfaces with microcosmic topography is sim-ulated in a microchannel. From aspect of normal velocity, shear stress and slip velocity, the flow field char-acteristics of hydrophobic surfaces are analyzed and the generation mechanism of hydrophobic surfaces’ slip flow is revealed. The simulation results show that hydrophobic surfaces’ slip flow is caused by the low surface energ y effect and microcosmic topography together. Hydrophobic surfaces with microcosmic topog-raphy have a better drag reduction effect than smooth hydrophobic surfaces. The reason is that the micro-cosmic topography can retain gas and generate gas-liquid free shear surfaces, which can enhance hydropho-bic surfaces’ slip flow and make the maximum slip velocity reach about 50% of the average speed of main-stream.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2016(020)010【总页数】8页(P1211-1218)【关键词】疏水表面;格子Boltzmann方法;微形貌;滑移流动;减阻【作者】黄桥高;潘光【作者单位】西北工业大学航海学院，西安 710072;西北工业大学航海学院，西安 710072【正文语种】中文【中图分类】O357.5在经典宏观流体力学的教科书和科技论文中，几乎都有一个相同的假设：在固体和流体的交界面上没有滑移，即固体和流体在交界面上没有相对运动，这就是所谓的无滑移边界条件。
纳米流体Rayleigh_B_nard细胞流的格子_Boltzmann模拟
收 稿 日 期 ：２０１２－０７－２４； 修 回 日 期 ：２０１２－１２－２９． 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （２１１７６１３３）．
作者简介：陆 规（１９８５－），男，广西都安县人，博士生，主要从事湿润、相变方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕｇｕｉ０２＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ； 段远源（１９７１－），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金 和 全 国 优 秀 博 士 学 位 论 文 获 得 者 ，主 要 从 事 热 力 学 、流 体 热 物 性 、传 热 传 质 学 、能 量 系 统 优 化 的 研 究 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｙｄｕａｎ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ； 王晓东（１９７３－），男，汉族，广东湛江人，博士，教授，博士生导师，主 要 从 事 湿 润 动 力 学、相 变 传 热、燃 料 电 池，纳 米 多 孔 介 质 传 热 学 研 究 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｄ９９＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ．
纳米流体的比热容为
ｃｎｆ ＝ （１－φ）ｃｆ ＋φｃｎ 热 导 率 为［１８］
（９）
［ （ ） （ ） ｋｎｆ ＝ｋｆ １＋６４．７φ０．７６４
ｄｆ ｄｎ
ｋ ０．３６９ ｆ ｋｎ
０．７４７ ６
×
］ ＰｒＴＲｅ１Ｔ．２３２ １
（１０）
式 中 ：ｄｎ、ｄｆ 分 为 纳 米 颗 粒 的 半 径 和 包 裹 颗 粒 微 液
层的厚度，ＰｒＴ ＝μｆ／ρｆαｆ，ＲｅＴ ＝ρｆｋＢＴ／３πμｆ２ｌｆ，其 中ｋＢ 为Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ常数，ｌｆ 为流体粒子自由程，根
据文献值 取 为 １７ｎｍ［１９］。纳 米 流 体 的 等 效 黏 度 采
用 式 （１１）进 行 计 算 ：
格子-Boltzmann方法及其在常规与微尺度对流换热模拟中的应用
υm υr υ r'
V x X y Y ∆x ∆t
希腊字母
α θ
Θ
体胀系数，K 无量纲温度 运动粘度，m /s 密度，kg/m
3 3 2 -1
平面角，rad
ν ρ ρ0 λ τe τm dτ dτ v γ σ σv τ
dΩ ∇
参考密度，kg/m 内能驰豫时间 动量驰豫时间 体积微元 速度间隔 比热容率 分子直径，m 滑移系数
分子的平均自由程，m
驰豫时间，碰撞间隔 立体角，sr 哈密顿算子
-V-
西安交通大学硕士学位论文
特征数
Nu Nu Kn Ra Re Ma Pr
Nusselt 数， hl 平均 Nusselt 数 Knudsen 数， λ l （ λ 为分子的平均自由程） Rayleigh 数， gl Reynolds 数， vl
2 3 2 2
2
西安交通大学硕士学位论文
v g v v'
分子速度矢量，m/s 加速度，m/s
2
碰撞后粒子的速度，m/s 分子平均速度，m/s 两粒子碰撞前的相对速度，m/s 两粒子碰撞后的相对速度，m/s 沿 y 方向的无量纲速度 笛卡尔坐标，m 无量纲坐标 笛卡尔坐标，m 无量纲坐标 格子步长 时间步长
1.1 1.2 1.3
绪论………………………………………………………1
研究背景及意义………………………………………………1 文献综述………………………………………………………2 本文所做的工作………………………………………………9
2
2.1 2.2 2.3 2.4
格子-Boltzmann 方法理论基础………………………11
统计物理学概述………………………………………………11 Boltzmann 方程的简单推导…………………………………12 格子自动机的基本原理 ………………………………………18 碰撞间隔理论与 LBGK 模型…………………………………18
纳米流体Rayleigh-Bénard细胞流的格子-Boltzmann模拟
使得 人们 积 极 地 探 索 其 在 流 动 和 传 热 领 域 的 应
陆 规 ， 段 远 源 ， 王 晓 东 一
（１ ． 清华大学 热科学与动力工程教育部重点实验室 ，
二 氧 化 碳 资 源 化 利用 与减 排 技 术 北 京 市 重 点 实验 室 ，北 京 １ ０ ０ ０ ８ ４
２ ． 华 北 电力 大 学 新 能 源 与可 再 生 能源 北 京 市 重 点 实验 室 ，北 京 １ ０ ２ ２ ０ ６ ３ ． 华 北 电 力 大 学 低 品位 能源 多相 流 与传 热北 京 市 重 点 实验 室 ，北 京 １ ０ ２ ２ ０ ６）
文章 编号 ： １ ６ ７ １ － ８ ０ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ ０ ０ 卜０ ７
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ８ ０ ９ ７ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ １
纳米流体 Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ — Ｂ ６ ｎ ａ ｒ ｄ细胞流的格子一 Ｂ ｏ ｌ ｔ ｚ ｍａ ｎ ｎ模拟
方 向之一 。正 是 由 于 纳米 流 体 特殊 的物 性 变 化 ，
出现稳 定 的细胞 流 后 的流 动 传 热 问题 ， 并 没 有 揭
示 细胞 流从 无到 有 的 演化 过 程 ， 同时 也未 考 虑 颗
粒 种类 和粒 径 的影 响 ， 揭示 的 细胞 流 现象 也 仅 仅 是 一个 对 涡 ， 对 于存 在 多个 对 涡 的实 际 细胞 流 的
人们 研 究 的兴 趣［ １ ２ － １ ４ ］ 。Ｂ ｉ ｌ ａ ｌ 等 采用 Ｃ Ｆ Ｄ 的方
圆盘 中 的薄层 液体 ， 一开 始导 热是 主要传热 方式 ， 当上 下温 差超过 一 临界值 时 对 流 ， 液 体 中 突现 类 似蜂 房 的六 边形
多孔介质内交变流动与换热的格子boltzmann研究
多孔介质内交变流动与换热的格子boltzmann研究随着现代科技的发展，多孔介质研究受到了越来越多的关注，在水文、石油工程、气体动力学、天文物理等科学技术领域有着重要的应用价值。
多孔介质的内部流动和换热现象是研究这一领域的重要组成部分，因此本文以“多孔介质内交变流动与换热的格子Boltzmann 研究”为主题，探讨多孔介质内部的交变流动与换热现象。
首先，综述了多孔介质内部流动与换热的基本原理；其次，讨论了多孔介质内部流动和换热现象与格子Boltzmann法的关系；最后，对格子Boltzmann法及其在多孔介质内部流动与换热方面的应用进行了总结。
多孔介质是指含有大量的气体和液体的含气性、含液性材料，多孔介质的流动与换热现象是相互耦合的复杂过程。
在多孔介质内部流动和换热过程中，宏观性现象与微观性现象相结合，多孔介质内部会出现丰富的物理现象，因此有必要采用统一的方法去描述这些现象。
格子Boltzmann法是一种经典的数值求解方法，它由Maxwell-Boltzmann速度分布函数推导而来，可以用来逼真地模拟多孔介质内部的流动现象及其相互作用，从而更加准确地模拟出多孔介质内部的流动与换热现象。
格子Boltzmann法是一种基于Maxwell-Boltzmann分布函数的经典数值求解方法，它可以用来描述可压缩多孔介质内部流动与换热现象。
根据Maxwell-Boltzmann分布函数，Boltzmann方程可以表示一个物质分布在体系中的统计特性，并能够揭示流体的微观特性。
根据Boltzmann方程，当流体经历力学活动时，可以计算出流体的动量、能量和熵的变化，从而模拟出多孔介质内部流动与换热现象。
格子Boltzmann法可以用来解决流体动力学问题，例如湍流、表面张力等问题。
此外，格子Boltzmann法在多孔介质中还可以用来模拟多相流动、流体复杂性等复杂现象。
此外，格子Boltzmann法也可以用来模拟多孔介质内部流动与换热现象。
格子boltzmann方法模拟磁场作用下的融化传热过程
格子boltzmann方法模拟磁场作用下的融化传热过程格子Boltzmann方法模拟磁场作用下的融化传热过程在磁场作用下的融化传热过程中，格子Boltzmann方法是一种有效的模拟方法。
本篇文章将介绍格子Boltzmann方法的基本原理，以及如何将其应用于磁场作用下的融化传热过程的模拟。
一、格子Boltzmann方法的基本原理格子Boltzmann方法是一种将Boltzmann方程离散处理的方法，其基本思想是将连续的时间、空间和速度分别离散化为有限的格子、节点和速度。
格子Boltzmann方法的核心是通过在节点上求解宏观量来间接地求解微观分布函数。
在格子Boltzmann方法中，宏观量的演化由Boltzmann方程确定，微观分布函数的演化由碰撞规则确定。
二、磁场作用下的融化传热过程的模拟1.建立模型在磁场作用下的融化传热过程中，我们需要先建立一个三维的模型。
该模型应包括固体、液体和磁场三个部分。
我们需要将模型离散化为有限的节点、格子和速度。
2.设置初始条件在模拟之前，我们需要设置初始条件，包括初始温度、磁场强度和方向等。
这些参数将决定模拟的精度和效果。
3.计算流场和热传递在模拟过程中，我们需要通过求解Navier-Stokes方程和能量方程来计算流场和热传递。
这些方程可以通过格子Boltzmann方法来解决。
4.模拟磁场作用在模拟过程中，我们还需要考虑磁场的作用。
磁场可以通过求解Maxwell方程组来模拟。
这些方程组也可以通过格子Boltzmann方法来解决。
5.反馈效应在模拟过程中，我们需要考虑反馈效应。
反馈效应是指液体的运动将会影响磁场的分布，而磁场的分布又会影响液体的运动。
这种反馈效应可以通过将磁场和流场相互耦合来解决。
三、总结在磁场作用下的融化传热过程中，格子Boltzmann方法是一种有效的模拟方法。
通过建立模型、设置初始条件、计算流场和热传递、模拟磁场作用和考虑反馈效应，我们可以成功地模拟出这一过程。
多孔介质中流动的格子Boltzmann模拟的开题报告
多孔介质中流动的格子Boltzmann模拟的开题报告一、研究背景多孔介质是指由均匀或不均匀的介质构成的，在其内部存在连续的孔隙或通道网络的材料。
多孔介质广泛应用于许多领域，如土壤水文学、岩石工程、纳米材料、生物材料等，因此对多孔介质的模拟研究具有重要的理论和实践价值。
近年来，随着计算科学的进步和计算机技术的发展，格子Boltzmann方法逐渐成为多孔介质流动领域的热门数值模拟方法，其主要优势在于可以模拟相对复杂的几何形状和物理过程。
二、研究目的本研究旨在使用格子Boltzmann方法模拟多孔介质中流动过程，明确多孔介质内部流体的特性和物理现象，研究多孔介质的渗透特性和宏观流体行为，以及研究各种影响多孔介质流动行为的因素。
三、研究内容本研究主要包括以下内容：1.对格子Boltzmann方法进行深入研究，了解其物理基础和数学原理，重点是理解多孔介质中的格子Boltzmann方法。
2.使用Matlab或其他相关软件，建立多孔介质的微观模型，包括多孔介质的几何形状、孔隙结构和流体介质的物理属性等。
3.建立多孔介质内部的流体运动方程，并使用格子Boltzmann方法进行数值模拟，分析流动速度场、压力场和密度场的变化情况。
4.研究多孔介质的渗透特性、宏观流体行为和各种影响多孔介质流动的因素，包括孔隙率、渗透系数、表面张力、孔隙尺寸分布、流体黏度等。
5.通过对模拟结果的分析，得出多孔介质中流动过程的特性和物理现象，进一步了解多孔介质的渗透、扩散、传质和传热等基本特性，为多孔介质的应用提供理论基础。
四、研究意义本研究通过格子Boltzmann方法对多孔介质中流动过程的数值模拟，深入探究其特性和物理现象，为多孔介质的应用提供了理论基础和技术支持。
同时，本研究还可以为多孔介质内部的流体控制和传输等问题提供一些新的解决思路，并且对环境保护和资源开发等领域也有一定的理论和实践指导作用。
1维格子boltzmann方法
1维格子boltzmann方法1维格子Boltzmann方法引言：1维格子Boltzmann方法是一种用于模拟粒子与固体表面相互作用的数值方法。
它基于Boltzmann方程和离散化的空间网格，通过模拟粒子在网格上的运动来研究物质的输运和反应过程。
本文将介绍1维格子Boltzmann方法的基本原理、数值实现以及应用领域。
一、基本原理1维格子Boltzmann方法的基本原理是通过离散化的空间网格，模拟粒子与固体表面相互作用的过程。
它基于Boltzmann方程，该方程描述了粒子在空间中的运动和碰撞过程。
通过将空间分为离散的格子点，并在每个格子点上计算粒子的运动和碰撞，可以得到粒子在空间中的分布和运动状态。
二、数值实现1维格子Boltzmann方法的数值实现包括以下几个步骤：1. 确定空间网格的大小和分辨率：根据模拟系统的尺寸和精度要求，确定空间网格的大小和分辨率。
2. 初始化粒子分布：根据初始条件，初始化粒子在空间中的分布。
可以根据需要设置不同的初始条件，如均匀分布、高斯分布等。
3. 计算粒子的运动：根据粒子在空间中的速度和位置，计算粒子的运动。
可以使用经典力学的运动方程或者基于概率的运动模型。
4. 计算粒子的碰撞：根据粒子之间的相互作用力和碰撞模型，计算粒子的碰撞过程。
可以使用经典力学的碰撞理论或者基于概率的碰撞模型。
5. 更新粒子分布：根据粒子的运动和碰撞过程，更新粒子在空间中的分布。
可以使用离散化的方法，将粒子的分布离散化到空间网格上。
6. 重复步骤3-5，直到达到模拟结束的条件。
三、应用领域1维格子Boltzmann方法在许多领域有着广泛的应用，包括材料科学、电子学、光学等。
以下是一些典型的应用案例：1. 材料表面反应：通过模拟粒子在材料表面的吸附、反应和解吸过程，可以研究材料的表面反应动力学和机理，从而优化材料的性能和制备工艺。
2. 电子输运：通过模拟电子在半导体器件中的输运过程，可以研究器件的电流特性和性能，从而优化器件设计和制造工艺。
格子Boltzmann
格子Boltzmann 方法模拟C/C 复合材料颗粒沉积过程罗思璇()Particle Deposition Process Simulation in C/C Composites by Lattice-Boltzmann MethodLuo Sixuan()Abstract: Lattice Boltzmann method is used here to study the particle deposition process on C/C composites surface. This method considered the boudary condition change during particle deposition. Finally, the deposition pattern is obtained. Keywords: LB Method; flow-particle coupling; C/C composites; deposition摘要：本文使用格子Boltzmann 方法研究了固体火箭发动机中C/C 复合材料表面上颗粒的沉积模态。
该方法考虑了沉积过程中边界形貌的变化对流场的影响，最终得到了颗粒在碳纤维表面的沉积形态。
关键词：LB 方法；流固耦合；C/C 复合材料；沉积0 引言C/C 复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料，具有密度小，比强度大、热膨胀系数低、热导率高等特点，是理想的航空航天高温材料[1, 2]。
C/C 复合材料在工作过程中其表面流过的工质为高温燃气。
高温燃气中通常带有燃烧产生的固体颗粒，如选用较高比冲的含铝推进剂时会产生一定量的凝聚相(Al2O3颗粒)。
固体颗粒在C/C 复合材料表面的沉积、冲刷及烧蚀会造成材料内型面的破坏，甚至影响气动性能。
本文使用格子Boltzmann 方法模拟C/C 复合材料中碳纤维上颗粒沉积过程及形态。
格子boltzmann方法模拟方形腔内纳米流体的自然对流
格子boltzmann方法模拟方形腔内纳米流体的自然对流格子Boltzmann方法是一种基于分子动力学的计算方法，用于模拟纳米尺度系统的自然对流现象。
自然对流是指由于温度梯度引起的流体的自发运动。
在方形腔内纳米流体的自然对流模拟中，格子Boltzmann方法可以提供高精度和高效率的计算结果。
格子Boltzmann方法的基本思想是通过模拟流体中分子的运动来计算流体的宏观性质。
它将流体视为由大量粒子组成的离散系统，通过迭代求解碰撞和分布函数来模拟流体的运动。
对于方形腔内纳米流体的自然对流模拟，格子Boltzmann方法可以分为以下几个步骤：1. 确定流体的初始状态：包括流体的密度分布、速度分布和温度分布等。
这些初始条件可以根据实验数据或者其他模拟结果进行设定。
2. 确定边界条件：对于方形腔内纳米流体，边界条件可以包括固定壁面、恒定温度或者固定速度等。
这些边界条件可以通过数学模型或者实验数据进行设定。
3. 确定碰撞模型：格子Boltzmann方法中的碰撞模型可以通过使用Boltzmann方程和碰撞积分来描述分子之间的相互作用。
这一步骤是模拟过程中最关键的一步，需要根据实际情况进行合理的设定。
4. 进行格子更新：在格子Boltzmann方法中，流场被离散化为格子，流体的宏观性质通过迭代更新格子上的分布函数来计算得到。
格子的更新可以采用Lattice Boltzmann方程进行计算。
5. 求解宏观性质：通过对流体的速度分布和温度分布进行统计，可以求解得到方形腔内纳米流体的宏观性质，如热流、质量流和压力等。
在方形腔内纳米流体的自然对流模拟中，格子Boltzmann方法可以提供高精度和高效率的计算结果。
与传统的数值模拟方法相比，格子Boltzmann方法具有计算量小、精度高、并行化程度高等优点。
此外，格子Boltzmann方法还可以考虑纳米尺度下的非平衡效应，对于纳米流体的自然对流现象具有较好的描述能力。
参考文献：1. Shan, X., & Luo, L. S. (1993). Numerical study of anisotropic permeability in random porous media. Physical Review E, 47(3), 1815.2. He, X., & Luo, L. (1997). Theory of the lattice Boltzmann method: From the Boltzmann equation to the lattice Boltzmann equation. Physics Review E, 56(6), 6811.3. Guo, Z., Zheng, C., & Shi, B. (2002). Discrete lattice effects on the forcing term in the lattice Boltzmann method. Physical Review E, 65(4), 046308.4. Succi, S. (2001). The Lattice Boltzmann Equation for Fluid Dynamics and Beyond (Vol. 431). Oxford: Oxford University Press.。
应用于非线性热传导方程的格子玻尔兹曼方法
应用于非线性热传导方程的格子玻
尔兹曼方法
格子玻尔兹曼（Lattice Boltzmann）方法是一种近似求解非线性热传导方程的数值方法，它将微分方程表示为一系列的离散的布朗运动方程。
该方法利用物理量的随机变化来描述流体在多维空间中的运动，并模拟传统的热力学方法。
格子玻尔兹曼方法首先将空间划分为一系列的网格单元，并将每个网格单元内的传热和流动过程用离散的布朗运动方程来描述。
然后，基于离散布朗运动方程，根据热传导的物理原理，利用粒子的碰撞和扩散，从而得到空间上的温度场。
最后，由于温度场的不断改变，引起的流动也会改变，从而模拟出热传导的实际情况。
因此，格子玻尔兹曼方法通过将非线性热传导方程表示为离散布朗运动方程，并利用粒子的碰撞和扩散来模拟热传导，可以较好地模拟非线性热传导方程的实际情况。
格子_Boltzmann方法模拟多孔介质内自然对流蓄热过程
收稿日期:2012－01－18基金项目:江西省科技支撑计划项目(2011BBE50031);江西省科学院引进博士项目(2011－YYB －02);江西省科学院国家级预研项目(2011－YGY －01)格子－Boltzmann 方法模拟多孔介质内自然对流蓄热过程万斌，罗成龙(江西省科学院能源研究所，江西南昌330029)摘要:以在高温热量存储、太阳能利用和建筑节能中有着广泛应用的多孔蓄热装置为研究对象，基于格子－Boltzmann 方法(LBM )的基本原理，建立表征体元尺度(REV )上多孔介质自然对流的热流耦合方程，对多孔介质区域内的定温加热过程进行数值计算，探索了蓄热装置工作效果与多孔介质材料和内部流体特性的关系。
分析获得了多孔介质渗透率和工质热膨胀率增大对多孔介质蓄热的强化作用，以及强自然对流作用下温度场分布所出现的不均匀特性。
关键词:多孔介质;表征体元尺度;格子－Boltzmann ;自然对流中图分类号:O359.1文献标志码:ANumerical Simulation of Heat Storage Process for NaturalConvection in Porous Media with Lattice －Boltzmann MethodWAN Bin ，LUO Cheng-long(Energy Institute of Jiangxi Academy of Sciences ，Nanchang 330029，China )Abstract :In this paper ，heat storage devices with porous media were investigated．These devices were applied in many areas ，such as high-temperature heat storage ，solar energy and HVAC．Based on the basic principles of Lat-tice －Boltzmann Method ，the equations of heat natural convection in porous media was established on REV scale．The process of constant temperature heating in porous media was calculated by LBM．The results of simulation showed that the effect of heat transfer was strengthened by permeability and thermal expansion porous media ，uneven distribution of temperature field was appeared in strong natural convection．Key Words :porous media ;REV ;Lattice －Boltzmann ;natural convection 随着人类对能源的利用和消耗急剧增加能源危机的出现，迫使人们重视节能技术和开发新能源，能源储存和蓄热技术也在此背景下快速发展。
界面传质中Rayleigh对流的定量分析
界面传质中Rayleigh对流的定量分析陈曼;赵嵩;曾爱武;于海路【摘要】Schlieren system was built to visualize the phenomenon of Rayleigh convection perpendicular to the gas-liquid interface during the absorption of carbon dioxide into pure ethanol in the special mass transfer device. As the absorption progressed, the stability of liquid layer weakened and disturbances aggravated the instability, which led to turbulence in the interfacial vicinity and went on to develop plume convection down to the bulk liquid with the growth and integration of convective cells. Quantitative method was applied to obtain the concentration contours of the liquid phase. Concentration distribution and variation of instantaneous mass transfer coefficient represented the onset and development of Rayleigh convection and its reinforcement effect on the mass transfer process. Interfacial concentration distribution and critical Rayleigh number explained the mechanism in which the nonuniform mass transfer contributed to the trigger of turbulence. The experimental results showed that the downward high concentration flows promoted the exchange of the liquid between interfacial vicinity and liquid bulk, showing that Rayleigh convection can enhance the mass transfer process.%通过纹影光路观察了特定气液传质装置中乙醇吸收CO2过程所引发的Rayleigh对流在垂直界面方向上的发展过程。
伴有Rayleigh对流的气液传质理论
伴有Rayleigh对流的气液传质理论
付博;袁希钢;张会书;余国琮
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2013(0)S1
【摘要】浓度梯度导致的Rayleigh对流会对界面传质产生重要影响。
采用格子Boltzmann方法 (LBM)对吸收过程伴有Rayleigh对流的气液传质理论进行了分析。
针对表面更新理论,提出了将近界面处羽状对流结构的宽度作为特征尺度来求得表面更新时间。
结果表明,Rayleigh对流的发生能够有效减小双膜理论中的液膜厚度;液相传质系数的LBM模拟值与表面更新理论预测值吻合较好。
【总页数】5页(P21-25)
【关键词】传质理论;Rayleigh对流;格子Boltzmann方法;传质系数
【作者】付博;袁希钢;张会书;余国琮
【作者单位】天津大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室;中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ021.4
【相关文献】
1.伴有Rayleigh对流的气液吸收过程数值模拟 [J], 沙勇;成弘;于艺红
2.气液传质液滴界面的Marangoni对流 [J], 林晗丹;焦放健;余光雄;颜俊;沙勇
3.黏弹性流体中伴有化学反应的气液传质过程 [J], 王爽;王岳;李少白
4.液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性 [J], 陈俊;沈超群;王贺;张程宾
5.气液界面传质过程 Rayleigh 对流模拟的格子 Boltzmann 方法 [J], 付博; 袁希钢; 陈淑勇; 刘伯潭; 余国琮
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对流扩散模型的格子波尔兹曼方法及其应用
对流扩散模型的格子波尔兹曼方法及其应用一、引言介绍对流扩散模型的重要性及本文的研究目标二、格子波尔兹曼方法概述介绍格子波尔兹曼方法的基本原理及其优点三、对流扩散模型的格子波尔兹曼方法详细说明如何将对流扩散模型应用于格子波尔兹曼方法中，分析其有效性四、应用案例分析实际应用案例分析，比较格子波尔兹曼方法和其他方法的优劣，分析改进空间五、结论总结本文研究结果，展望其未来发展趋势及应用前景随着科学技术的快速发展，对流扩散模型在各种领域中得到了广泛的应用。
比如，对流扩散模型可以用来研究海洋环境中的污染物扩散现象，以及空气中的传热和传质现象。
对流扩散模型的研究具有重要意义，因为它可以帮助我们更好地理解自然现象，为环境保护和新能源等领域的发展提供理论支持。
然而，传统的对流扩散模型具有求解难度大，计算量大等缺点，因此，如何采用高效且准确的数值模拟方法对其进行研究，成为当前研究的热点问题。
格子波尔兹曼方法作为一种新兴数值模拟方法，近年来已受到广泛的关注和研究。
这种方法可以将复杂的流场问题转化为一个简单的格子结构，并通过构造某种物理量或概率密度函数的演化方程来描述流场变化，从而实现高精度数值模拟的目的。
本文将介绍对流扩散模型的格子波尔兹曼方法及其应用。
具体分为五个章节。
首先，在引言中介绍对流扩散模型的重要性及本文研究目标。
其次，在格子波尔兹曼方法概述章节中详细介绍了该方法的基本原理及其优点。
接着，在对流扩散模型的格子波尔兹曼方法章节中，将阐述如何将对流扩散模型应用于格子波尔兹曼方法中，并分析其有效性。
在应用案例分析章节，将详细介绍实际应用案例，并比较格子波尔兹曼方法和其他方法的优劣，分析改进空间。
最后，在结论章节对本文研究结果进行总结，并展望其未来发展趋势及应用前景。
总之，本文旨在通过对对流扩散模型的格子波尔兹曼方法及其应用的研究，提出一种高效、准确的数值模拟方法，以便更好地研究该领域的相关问题，并为环境、能源等领域的发展提供理论指导。
耦合界面张力的三维流体界面不稳定性的格子Boltzmann模拟
耦合界面张力的三维流体界面不稳定性的格子Boltzmann模拟马聪;刘斌;梁宏【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2022(71)4【摘要】采用介观格子Boltzmann方法模拟界面张力作用下三维流体界面的Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性的增长过程,主要分析表面张力对流体界面动力学行为及尖钉和气泡后期增长的影响机制.首先发现三维RT不稳定性的发生存在临界表面张力(σc),其值随着流体Atwood数的增大而增大,且数值预测值与理论分析结果σc=(ρh−ρl)g/k^(2)一致.另外,随着表面张力的增大,不稳定性演化过程中界面卷吸程度和结构复杂性逐渐减弱,系统中界面破裂形成离散液滴的数目也显著减少.相界面的后期动力学行为也从非对称发展转向始终保持关于中轴线对称.尖钉与气泡振幅在表面张力较小时对其变化不显著,当表面张力增大到一定值后,可以有效地抑制尖钉与气泡振幅的增长.进一步发现,高雷诺数三维RT不稳定性在不同表面张力下均经历4个不同的发展阶段:线性阶段、饱和速度阶段、重加速和混沌混合阶段.尖钉与气泡在饱和速度阶段以近似恒定的速度增长,其渐进速度的值与修正的势流理论模型结果一致.受非线性Kelvin-Helmholtz旋涡的剪切作用,尖钉与气泡随后的增长被加速,导致在重加速阶段的演化速度超过势流模型的解析解.重加速阶段不能持续发展下去,尖钉与气泡在不稳定性后期的增长速度会随时间上下波动,这表明不稳定性的演化进入了混沌混合阶段.通过数值分析,证实了三维RT不稳定性在后期的混沌混合阶段具有二次增长的规律,并且尖钉与气泡增长率总体上随着表面张力的增大而逐渐减少.【总页数】11页(P147-157)【作者】马聪;刘斌;梁宏【作者单位】杭州电子科技大学理学院【正文语种】中文【中图分类】TP3【相关文献】1.颗粒-流体密度比对两相流动不稳定性影响的格子-Boltzmann方法模拟2.颗粒-流体密度比对两相流动不稳定性影响的格子-Boltzmann方法模拟3.耦合界面力的两相流相场格子Boltzmann模型4.流体界面不稳定性耦合作用的格子Boltzmann模拟5.CO_2-乙醇体系中界面对流的混合格子Boltzmann方法三维模拟及实验验证(英文)因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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付 博 ，袁 希钢 ，陈淑 勇 ，刘 伯 潭 ，余 国琮
（ 津 大 学 化 工 学 院 ，化 学 工 程 联 合 国 家重 点实 验 室 ，天 津 ３０ ７ ） 天 ０ ０ ２
摘 要 ：针 对 乙醇 吸收 Ｃ 过 程 中 ， 由 Ｃ 。 过界 面 向 液 体 乙 醇 传 递 所 导 致 的 Ｒ ｙｅ ｈ对 流 现 象 的 模 拟 ，建 立 了 Ｏ。 Ｏ 通 ａｌｇ ｉ 二 维 格 子 Ｂ ｈ ｍａｎ方 法 （ Ｂ 。采 用 浓 度 分 布 函数 和 流 体 质 点 密 度 函 数 的 双 分 布 模 型 格 子 Ｂ ｌ ｍａｎ方 法 ， ｏｚ ｎ Ｌ Ｍ） ｏｔ ｎ ｚ 同 时 引入 由浓 度 差 导 致 的 重 度 差 作 为 外 加 力 ，实 现 了流 体 中 浓 度 场 与 速 度 场 的模 拟 。应 用 所 建 立 的 Ｌ Ｍ 方 法 ， Ｂ 对 界 面 具 有 多个 离散 Ｃ 扩 散 源 的二 维 区域 液 相 Ｒ ｙｅ ｈ对 流 现 象 进 行 了模 拟 ，结 果 显 示 ，模 拟 得 到 的浓 度 分 Ｏ ａｌｉ ｇ 布 结 构 与文 献 中 实 验 结 果 相 一 致 。通 过 考 察 Ｒ ｙ ｉｈ对 流 和 浓 度 分 布 结 构 ，分 析 了 Ｒａｌｉ ａ ｌｇ ｅ ｙｅ ｈ对 流 存 在 条 件 下 的 ｇ 传 递 规 律 。通 过 采用 Ｌ Ｍ 方 法 对 浓 度 场 模 拟 可 以 定 量 给 出 液 相 界 面 瞬 时 传 质 通 量 。计 算 结 果 表 明 ，瞬 时 传 质 通 Ｂ 量 随时 间 的增 长 先 增 加 后 减 小 ，这 种 变 化 与 Ｒ ｙｅ ｈ对 流 结 构 及 其 变 化 过 程 有 关 。 ａ ｌｇ ｉ 关 键 词 ：界 面传 质 ；Ｒａｌ ｇ ｙｅ ｈ对 流 ；格 子 Ｂ ｌ ｍａｎ方 法 ； 瞬 时传 质 通 量 ； ｉ ｏｔ ｎ ｚ
第 ６ ２卷
第 １ 期 １
化
工 学
报
Ｖｏ１ ２ Ｎｏ．１ ．６ １ Ｎｏ ｍｂ ｒ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｖｅ ｅ ０１１
２１ ０ １年 ｌ １月
ＣＩ Ｃ Ｊ ｕ ｎ ｌ ＥＳ ｏ ｒ ａ
Ｒａ ｌｉｈ对 流 及 其对 界 面传 质 影 响模 拟 的 ｙｅｇ
格 子 Ｂ ｌ ｍａ ｎ方 法 ｏｔ ｎ ｚ