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浸入运动边界-格子Boltzmann方法4种固含率计算方法对比研究
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作者 夏明 邓柳泓 +1 位作者 黄刚海 徐远臻 《湘潭大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第1期24-34,共11页
为了达到流固耦合,格子Boltzmann方法(LBM)可采用浸入运动边界法(IMB)实现移动颗粒边界上的无滑移条件.该耦合方式(IMB-LBM)中固含率计算方法对流固耦合计算精度和效率有影响.对常用的固含率4种计算方法,即蒙特卡洛法(MCM)、单元分解法(... 为了达到流固耦合,格子Boltzmann方法(LBM)可采用浸入运动边界法(IMB)实现移动颗粒边界上的无滑移条件.该耦合方式(IMB-LBM)中固含率计算方法对流固耦合计算精度和效率有影响.对常用的固含率4种计算方法,即蒙特卡洛法(MCM)、单元分解法(UDM)、近似多边形法(APM)和闭合边界法(CBM),分别阐述其具体算法,对比了它们的计算精度和计算效率;最后通过圆盘颗粒非连续变形分析方法(DDDA)与IMB-LBM耦合模型下的一个多颗粒沉降流固耦合算例,对比分析了它们在流固耦合计算过程中的耗时.结果表明:1)CBM无误差,MCM和UDM在随机点数取1000,子单元数取100时误差稳定在1%以下,APM在颗粒直径大于格子长度10倍时,误差小于0.44%;2)MCM和UDM的计算精度及耗时分别与随机点数和子单元数相关,它们的计算耗时大于APM和CBM;3)计算效率上,APM>CBM>UDM>MCM,其中CBM计算耗时略微大于APM,APM和UDM计算耗时分别比MCM少2个和1个数量级.该结果可为IMB-LBM耦合模型中固含率计算方法优选提供借鉴. 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 浸入运动边界法 固含率计算 近似多边形法 圆盘颗粒非连续变形分析
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基于格子Boltzmann方法的地埋管管群换热的模拟研究
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作者 苏顺玉 周立 《节能技术》 CAS 2024年第4期311-316,共6页
土壤结构和地下水通常会影响地埋管换热器的传热,本文将利用随机四参数生成法建立双分布函数格子Boltzmann模型,对有渗流条件下地埋管管群换热器与饱和土壤多孔介质的换热情况进行了模拟,分析了影响埋管外土壤平均温度的主要因素。研究... 土壤结构和地下水通常会影响地埋管换热器的传热,本文将利用随机四参数生成法建立双分布函数格子Boltzmann模型,对有渗流条件下地埋管管群换热器与饱和土壤多孔介质的换热情况进行了模拟,分析了影响埋管外土壤平均温度的主要因素。研究表明,土壤热传导特性主要受土壤孔隙度、地下水渗流速度和土壤骨架导热系数k s的影响。本文的研究结论对考虑土壤渗流的地下换热器的设计具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 地埋管管群换热器 四参数随机生成法 格子boltzmann 渗流与换热
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轴对称Boltzmann模型方程统一算法与空天飞行环境喷管流动模拟
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作者 李凡 李志辉 +2 位作者 李中华 罗万清 陈爱国 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期47-55,I0001,共10页
拦截机动飞行器周围大范围区域存在主喷/侧喷流/羽流影响,而传统的纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程不能很好模拟发动机喷管扩张段出口附近流动情况,需要一种新的方法来处理这种全流域流动问题。为解决该问题,针对特定轴对称喷管... 拦截机动飞行器周围大范围区域存在主喷/侧喷流/羽流影响,而传统的纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程不能很好模拟发动机喷管扩张段出口附近流动情况,需要一种新的方法来处理这种全流域流动问题。为解决该问题,针对特定轴对称喷管内流动,本文通过数学推导确立描述不同克努森数稀薄环境条件下的轴对称喷管内流动Boltzmann模型方程,初步建立适于该模型方程的数值格式与气体动理论统一算法。通过开展同轴圆筒间的定常/非定常旋转流动以及轴对称喷管内流动数值计算研究,发现统一算法计算流场与其他途径得到的结果吻合较好,验证了统一算法在全局克努森数喷管流动模拟的适应性和可靠性。通过与低密度风洞实验对比,喷管出口核心区羽流结构一致,羽流轴线压力分布一致,表明统一算法可以有效解决喷管入口压缩段到扩张段多流域混合,尤其是出口附近稀薄气体真空低压环境流动问题。 展开更多
关键词 轴对称喷管流动 气体动理论统一算法 boltzmann模型方程 旋转库埃特流动 羽流环境
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含孔板微通道内随流气泡运动的两相格子Boltzmann模拟
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作者 丁弘毅 王治云 +2 位作者 赵敬帅 王楠 娄钦 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第1期97-109,共13页
带有气泡的两相流系统存在于各种工业过程中,涉及复杂的相界面变化,但气泡在管道中伴随液相流动时,通过孔板的运动过程尚未有充分的研究结果.相场格子Boltzmann模型在模拟复杂界面方面具有优势,适合研究气泡两相流在含孔板微通道内的运... 带有气泡的两相流系统存在于各种工业过程中,涉及复杂的相界面变化,但气泡在管道中伴随液相流动时,通过孔板的运动过程尚未有充分的研究结果.相场格子Boltzmann模型在模拟复杂界面方面具有优势,适合研究气泡两相流在含孔板微通道内的运动,分析We数、气泡相对大小和孔板表面润湿性等因素对气泡动力学特性的影响.数值计算结果显示,随着We数增加,气泡表面张力减小,导致其穿过孔板结构时更易被撕裂,峰值速度降低.在研究的参数范围内存在两个临界直径比,这两个临界值将气泡通过孔板的运动分成三种形态,而且临界直径比会随We数的增加而减小.另外,随着接触角的增大,孔板表面对气体的吸附能力加强,气泡与孔板表面的接触面积增加,引起穿过孔板气泡的质量减少和气泡通过的速度增加. 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 气泡运动 孔板 两相流 润湿性
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基于格子Boltzmann方法的钉扎螺旋波反馈控制
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作者 赖瑶瑶 陈鑫梦 +1 位作者 柴振华 施保昌 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期78-87,共10页
螺旋波是心室跳动过速和纤维性颤动的根源,钉扎螺旋波相对于自由螺旋波来说更难消除.本文采用格子Boltzmann方法求解,以FitzHugh-Nagumo模型为对象,研究了使用反馈控制法消除钉扎螺旋波.数值结果表明,无论钉扎螺旋波钉在圆形障碍物还是... 螺旋波是心室跳动过速和纤维性颤动的根源,钉扎螺旋波相对于自由螺旋波来说更难消除.本文采用格子Boltzmann方法求解,以FitzHugh-Nagumo模型为对象,研究了使用反馈控制法消除钉扎螺旋波.数值结果表明,无论钉扎螺旋波钉在圆形障碍物还是矩形障碍物上,反馈控制法对其都具有很好的控制作用.此外,通过数值模拟系统研究了可激性系数、反馈控制信号幅度、记录反馈信号时间和障碍物的大小对钉扎螺旋波的控制情况.研究表明,钉扎螺旋波消除有三种情况.首先,反馈控制信号幅度和可激性系数与钉扎螺旋波消除所需的时间有关,反馈控制信号幅度越大或可激性系数越小,钉扎螺旋波消除越快.其次,障碍物大小和可激性系数影响着能成功消除钉扎螺旋波下记录反馈信号时间与加入反馈控制时间之间对应的时间间隔.最后,在保持加入反馈控制时间不变的情况下,记录反馈信号时间影响着能成功消除钉扎螺旋波所需的最小反馈控制信号幅度. 展开更多
关键词 反馈控制法 钉扎螺旋波 FitzHugh-Nagumo模型 格子boltzmann方法
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PEMFC扩散层中气体组分反应和传递格子Boltzmann模拟
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作者 邬芊申 魏光华 +1 位作者 王思茗 张朝阳 《新能源进展》 CSCD 北大核心 2024年第3期276-284,共9页
通过格子Boltzmann方法中的多组分Shan-Chen模型对燃料电池气体扩散层与双极板流道特征结构进行模型构建,探究不同孔隙率、压缩比以及积水液滴位置对质子交换膜燃料电池(PEMFC)内气体组分传递的影响。模拟结果发现小孔隙率会造成气体的... 通过格子Boltzmann方法中的多组分Shan-Chen模型对燃料电池气体扩散层与双极板流道特征结构进行模型构建,探究不同孔隙率、压缩比以及积水液滴位置对质子交换膜燃料电池(PEMFC)内气体组分传递的影响。模拟结果发现小孔隙率会造成气体的堵塞,影响传质效率,而气体扩散层的压缩效应导致结构变形进而造成气体在流道进口处的堵塞;压缩导致气体通道变得狭窄,促进氧气接触下部的催化层发生反应,流道附近的反应强度会随着压缩比的增加而增加;当积水液滴位于扩散层中部时,其能够将部分的反应气体引导到催化层处,从而增加反应气体的浓度;而位于底部的液滴会将催化剂覆盖从而阻碍催化反应的进行。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 气体扩散层 格子boltzmann方法 压缩效应 积水液滴
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基于格子Boltzmann模型的裂缝性储层钻井液漏失数值模拟
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作者 谭启贵 康毅力 +2 位作者 宋付权 彭浩平 游利军 《常州大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第4期37-45,共9页
针对裂缝性碳酸盐岩储层钻井过程中钻井液漏失问题,基于简化的基块-裂缝双重介质物理模型,建立了描述表征单元体(REV)尺度的基块-裂缝内钻井液漏失的格子Boltzmann数学模型,数值模拟分析了钻井液漏失过程基块-裂缝内渗流场分布,揭示了... 针对裂缝性碳酸盐岩储层钻井过程中钻井液漏失问题,基于简化的基块-裂缝双重介质物理模型,建立了描述表征单元体(REV)尺度的基块-裂缝内钻井液漏失的格子Boltzmann数学模型,数值模拟分析了钻井液漏失过程基块-裂缝内渗流场分布,揭示了不同条件下基块-裂缝内钻井液漏失行为。模拟结果表明,裂缝性致密碳酸盐岩储层中的裂缝为主要漏失空间,基块的钻井液漏失量在低值范围内随基块孔隙度增加呈指数增加。裂缝宽度越大,平均流速越大,裂缝空间内速度分布越均匀,组合裂缝总宽度相等条件下,单条裂缝的钻井液漏失速率高于多条裂缝组合情形。研究通过格子Boltzmann方法表征钻井液漏失行为,表明该方法可较好地用于分析裂缝性介质中钻井液漏失行为和裂缝至基块的跨尺度滤失过程,研究成果可为裂缝性致密储层钻井液漏失防控及储层保护提供理论依据。 展开更多
关键词 格子boltzmann模型 裂缝性碳酸盐岩 钻井液漏失 数值模拟 表征单元体尺度 漏失速率
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剪切增稠幂律流体中单气泡上升动力学行为的格子Boltzmann方法研究
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作者 许鑫萌 娄钦 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期190-200,共11页
采用不可压非牛顿气液两相流格子Boltzmann方法研究了剪切增稠流体中气泡上升的动力学行为,重点分析了流变指数n、Eoυos数(Eo)和Galilei数(Ga)对气泡形变、终端速度和剪切速率的影响.数值结果表明:气泡形变程度随Eo的增大而增大,n对气... 采用不可压非牛顿气液两相流格子Boltzmann方法研究了剪切增稠流体中气泡上升的动力学行为,重点分析了流变指数n、Eoυos数(Eo)和Galilei数(Ga)对气泡形变、终端速度和剪切速率的影响.数值结果表明:气泡形变程度随Eo的增大而增大,n对气泡形状的影响与Ga相关.另一方面,随着Ga增大,气泡终端速度随n呈非线性单调增大,且n对终端速度的影响随Ga的增大逐渐明显;当Ga固定且值较小时,气泡终端速度在较小Eo下随n的增大先增大后减小,而当Eo较大时终端速度随n的增大呈增大趋势;当Ga固定且较大时,气泡终端速度在Eo较大时较为统一地随n增大而增大.此外,气泡左右两端存在剪切速率较高的区域,该区域尺寸随Eo,Ga的增大而增大,随n的增大先增大后缩小.最后利用正交试验法得到上述三变量对剪切速率和终端速度的影响程度.对于剪切速率,参数影响程度由大到小的顺序依次为n,Ga和Eo;对于终端速度,Ga对其影响最大,n次之,Eo影响程度最小. 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 气泡动力学 剪切增稠流体
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An inverse analysis of fluid flow through granular media using differentiable lattice Boltzmann method 被引量:1
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作者 Qiuyu Wang Krishna Kumar 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第6期2077-2090,共14页
This study presents a method for the inverse analysis of fluid flow problems.The focus is put on accurately determining boundary conditions and characterizing the physical properties of granular media,such as permeabi... This study presents a method for the inverse analysis of fluid flow problems.The focus is put on accurately determining boundary conditions and characterizing the physical properties of granular media,such as permeability,and fluid components,like viscosity.The primary aim is to deduce either constant pressure head or pressure profiles,given the known velocity field at a steady-state flow through a conduit containing obstacles,including walls,spheres,and grains.The lattice Boltzmann method(LBM)combined with automatic differentiation(AD)(AD-LBM)is employed,with the help of the GPU-capable Taichi programming language.A lightweight tape is used to generate gradients for the entire LBM simulation,enabling end-to-end backpropagation.Our AD-LBM approach accurately estimates the boundary conditions for complex flow paths in porous media,leading to observed steady-state velocity fields and deriving macro-scale permeability and fluid viscosity.The method demonstrates significant advantages in terms of prediction accuracy and computational efficiency,making it a powerful tool for solving inverse fluid flow problems in various applications. 展开更多
关键词 Inverse problem Fluid flow Granular media Automatic differentiation(AD) Lattice boltzmann method(LBM)
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Volumetric lattice Boltzmann method for pore-scale mass diffusionadvection process in geopolymer porous structures 被引量:1
10
作者 Xiaoyu Zhang Zirui Mao +6 位作者 Floyd W.Hilty Yulan Li Agnes Grandjean Robert Montgomery Hans-Conrad zur Loye Huidan Yu Shenyang Hu 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第6期2126-2136,共11页
Porous materials present significant advantages for absorbing radioactive isotopes in nuclear waste streams.To improve absorption efficiency in nuclear waste treatment,a thorough understanding of the diffusion-advecti... Porous materials present significant advantages for absorbing radioactive isotopes in nuclear waste streams.To improve absorption efficiency in nuclear waste treatment,a thorough understanding of the diffusion-advection process within porous structures is essential for material design.In this study,we present advancements in the volumetric lattice Boltzmann method(VLBM)for modeling and simulating pore-scale diffusion-advection of radioactive isotopes within geopolymer porous structures.These structures are created using the phase field method(PFM)to precisely control pore architectures.In our VLBM approach,we introduce a concentration field of an isotope seamlessly coupled with the velocity field and solve it by the time evolution of its particle population function.To address the computational intensity inherent in the coupled lattice Boltzmann equations for velocity and concentration fields,we implement graphics processing unit(GPU)parallelization.Validation of the developed model involves examining the flow and diffusion fields in porous structures.Remarkably,good agreement is observed for both the velocity field from VLBM and multiphysics object-oriented simulation environment(MOOSE),and the concentration field from VLBM and the finite difference method(FDM).Furthermore,we investigate the effects of background flow,species diffusivity,and porosity on the diffusion-advection behavior by varying the background flow velocity,diffusion coefficient,and pore volume fraction,respectively.Notably,all three parameters exert an influence on the diffusion-advection process.Increased background flow and diffusivity markedly accelerate the process due to increased advection intensity and enhanced diffusion capability,respectively.Conversely,increasing the porosity has a less significant effect,causing a slight slowdown of the diffusion-advection process due to the expanded pore volume.This comprehensive parametric study provides valuable insights into the kinetics of isotope uptake in porous structures,facilitating the development of porous materials for nuclear waste treatment applications. 展开更多
关键词 Volumetric lattice boltzmann method(VLBM) Phase field method(PFM) Pore-scale diffusion-advection Nuclear waste treatment Porous media flow Graphics processing unit(GPU) parallelization
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线性Poisson-Boltzmann方程的虚单元L^(2)误差估计
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作者 陈键铧 李倩 阳莺 《应用数学》 北大核心 2024年第3期699-705,共7页
针对一类线性Poisson-Boltzmann方程的虚单元L^(2)误差估计进行分析.首先引入正则化的线性Poisson-Boltzmann方程,将原问题转化为非奇性Poisson-Boltzmann方程.然后给出L^(2)范数的误差估计.最后在四边形和五边形混合多边形网格上进行... 针对一类线性Poisson-Boltzmann方程的虚单元L^(2)误差估计进行分析.首先引入正则化的线性Poisson-Boltzmann方程,将原问题转化为非奇性Poisson-Boltzmann方程.然后给出L^(2)范数的误差估计.最后在四边形和五边形混合多边形网格上进行数值实验,数值结果验证了理论分析的正确性. 展开更多
关键词 POISSON-boltzmann方程 虚单元法 L 2误差估计 混合多边形网格
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离散Boltzmann方程的求解:基于有限体积法
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作者 孙佳坤 林传栋 +3 位作者 苏咸利 谭志城 陈亚楼 明平剑 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期70-79,共10页
近十年来,离散Boltzmann方法在复杂非平衡流体系统领域的应用取得了显著的进展,这种方法已逐步成为描述和预测流体系统行为的重要手段.该方法的控制方程是一套简单统一的离散Boltzmann方程,其离散格式的选取对于数值模拟的计算精度和稳... 近十年来,离散Boltzmann方法在复杂非平衡流体系统领域的应用取得了显著的进展,这种方法已逐步成为描述和预测流体系统行为的重要手段.该方法的控制方程是一套简单统一的离散Boltzmann方程,其离散格式的选取对于数值模拟的计算精度和稳定性有着直接影响.为了提高数值模拟的可靠性,本文引入有限体积法用于求解离散Boltzmann方程.有限体积法是一种常用的数值计算方法,具有守恒性强、精度高等特点,可用于有效处理高速可压缩流体的数值计算问题.本文采用MUSCL格式进行重构,并引入了通量限制器以提高数值计算的稳定性.最后,对基于有限体积的离散Boltzmann方法进行了验证,数值算例包括冲击波、Lax激波管以及声波.结果表明,该方法能够准确刻画冲击波、稀疏波、声波,以及物质界面的演化,同时确保系统的质量、动量和能量守恒,还可以准确测量流体系统的流体力学和热力学非平衡效应. 展开更多
关键词 离散boltzmann方法 有限体积法 非平衡效应 可压缩流
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基于元学习的气体放电等离子体电子Boltzmann方程数值求解
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作者 仲林林 吴冰钰 吴奇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期3457-3466,共10页
在气体放电等离子体中,电子的输运行为可由Boltzmann方程精确描述,该方程的解是许多等离子体仿真模型的基础。物理信息神经网络作为一种求解Boltzmann方程的新型方法,虽克服了传统数值方法网格剖分和方程离散的缺陷,但其参数空间规模大... 在气体放电等离子体中,电子的输运行为可由Boltzmann方程精确描述,该方程的解是许多等离子体仿真模型的基础。物理信息神经网络作为一种求解Boltzmann方程的新型方法,虽克服了传统数值方法网格剖分和方程离散的缺陷,但其参数空间规模大,在求解多任务时训练效率较低。为此,该文构建了一种基于元学习的双循环物理信息神经网络,在内循环中对多个Boltzmann方程求解任务进行优化训练,得到各任务优化后的元损失函数,用于在外循环中进行网络参数更新,从而提高网络在求解新任务时的计算效率。计算结果表明,基于元学习的双循环物理信息神经网络在求解新的Boltzmann方程时,网络损失函数值和L2误差值的下降速度均显著快于普通的物理信息神经网络。此外,该文还研究了网络容量和内循环迭代次数对Boltzmann方程多任务求解效率的影响,结果显示计算效率并不随网络容量的增大而提高,且受内循环迭代次数影响较小。 展开更多
关键词 气体放电等离子体 boltzmann方程 元学习 物理信息神经网络
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On the spreading behavior of a droplet on a circular cylinder using the lattice Boltzmann method
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作者 杨帆 金虎 戴梦瑶 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期434-443,共10页
The study of a droplet spreading on a circular cylinder under gravity was carried out using the pseudo-potential lattice Boltzmann high-density ratios multiphase model with a non-ideal Peng–Robinson equation of state... The study of a droplet spreading on a circular cylinder under gravity was carried out using the pseudo-potential lattice Boltzmann high-density ratios multiphase model with a non-ideal Peng–Robinson equation of state. The calculation results indicate that the motion of the droplet on the cylinder can be divided into three stages: spreading, sliding, and aggregating.The contact length and contact time of a droplet on a cylindrical surface can be affected by factors such as the wettability gradient of the cylindrical wall, the Bond number, and droplet size. Furthermore, phase diagrams showing the relationship between Bond number, cylinder wall wettability gradient, and contact time as well as maximum contact length for three different droplet sizes are given. A theoretical foundation for additional research into the heat and mass transfer process between the droplet and the cylinder can be established by comprehending the variable rules of maximum contact length and contact time. 展开更多
关键词 lattice boltzmann methods DROPLET circular cylinder wettability gradient
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THE SMOOTHING EFFECT IN SHARP GEVREY SPACE FOR THE SPATIALLY HOMOGENEOUS NON-CUTOFF BOLTZMANN EQUATIONS WITH A HARDPOTENTIAL
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作者 刘吕桥 曾娟 《Acta Mathematica Scientia》 SCIE CSCD 2024年第2期455-473,共19页
In this article, we study the smoothing effect of the Cauchy problem for the spatially homogeneous non-cutoff Boltzmann equation for hard potentials. It has long been suspected that the non-cutoff Boltzmann equation e... In this article, we study the smoothing effect of the Cauchy problem for the spatially homogeneous non-cutoff Boltzmann equation for hard potentials. It has long been suspected that the non-cutoff Boltzmann equation enjoys similar regularity properties as to whose of the fractional heat equation. We prove that any solution with mild regularity will become smooth in Gevrey class at positive time, with a sharp Gevrey index, depending on the angular singularity. Our proof relies on the elementary L^(2) weighted estimates. 展开更多
关键词 boltzmann equation Gevrey regularity non-cutoff hard potential
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Exploration of the coupled lattice Boltzmann model based on a multiphase field model:A study of the solid-liquid-gas interaction mechanism in the solidification process
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作者 朱昶胜 王利军 +2 位作者 高梓豪 刘硕 李广召 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期638-648,共11页
A multiphase field model coupled with a lattice Boltzmann(PF-LBM)model is proposed to simulate the distribution mechanism of bubbles and solutes at the solid-liquid interface,the interaction between dendrites and bubb... A multiphase field model coupled with a lattice Boltzmann(PF-LBM)model is proposed to simulate the distribution mechanism of bubbles and solutes at the solid-liquid interface,the interaction between dendrites and bubbles,and the effects of different temperatures,anisotropic strengths and tilting angles on the solidified organization of the SCN-0.24wt.%butanedinitrile alloy during the solidification process.The model adopts a multiphase field model to simulate the growth of dendrites,calculates the growth motions of dendrites based on the interfacial solute equilibrium;and adopts a lattice Boltzmann model(LBM)based on the Shan-Chen multiphase flow to simulate the growth and motions of bubbles in the liquid phase,which includes the interaction between solid-liquid-gas phases.The simulation results show that during the directional growth of columnar dendrites,bubbles first precipitate out slowly at the very bottom of the dendrites,and then rise up due to the different solid-liquid densities and pressure differences.The bubbles will interact with the dendrite in the process of flow migration,such as extrusion,overflow,fusion and disappearance.In the case of wide gaps in the dendrite channels,bubbles will fuse to form larger irregular bubbles,and in the case of dense channels,bubbles will deform due to the extrusion of dendrites.In the simulated region,as the dendrites converge and diverge,the bubbles precipitate out of the dendrites by compression and diffusion,which also causes physical phenomena such as fusion and spillage of the bubbles.These results reveal the physical mechanisms of bubble nucleation,growth and kinematic evolution during solidification and interaction with dendrite growth. 展开更多
关键词 multiphase field model lattice boltzmann model(LBM) Shan-Chen multiphase flow solidification organization
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Lattice Boltzmann simulation study of anode degradation in solid oxide fuel cells during the initial aging process
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作者 Shixue Liu Zhijing Liu +1 位作者 Shuxing Zhang Hao Wu 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期405-411,共7页
For present solid oxide fuel cells(SOFCs),rapid performance degradation is observed in the initial aging process,and the dis-cussion of the degradation mechanism necessitates quantitative analysis.Herein,focused ion b... For present solid oxide fuel cells(SOFCs),rapid performance degradation is observed in the initial aging process,and the dis-cussion of the degradation mechanism necessitates quantitative analysis.Herein,focused ion beam-scanning electron microscopy was em-ployed to characterize and reconstruct the ceramic microstructures of SOFC anodes.The lattice Boltzmann method(LBM)simulation of multiphysical and electrochemical processes in the reconstructed models was performed.Two samples collected from industrial-size cells were characterized,including a reduced reference cell and a cell with an initial aging process.Statistical parameters of the reconstructed microstructures revealed a significant decrease in the active triple-phase boundary and Ni connectivity in the aged cell compared with the reference cell.The LBM simulation revealed that activity degradation is dominant compared with microstructural degradation during the initial aging process,and the electrochemical reactions spread to the support layer in the aged cell.The microstructural and activity de-gradations are attributed to Ni migration and coarsening. 展开更多
关键词 solid oxide fuel cell anode degradation focused ion beam-scanning electron microscopy lattice boltzmann method
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分数阶Navier-Stokes方程的格子Boltzmann方法
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作者 王雨欣 张建影 《长春工业大学学报》 CAS 2024年第3期265-271,共7页
对于分数阶Navier-Stokes方程的数值求解问题,首先将该方程进行离散化处理,然后构造D1Q3格子Boltzmann模型,并采用Taylor展开和Chapman-Enskog多尺度展开等技术恢复宏观方程,同时推导出该模型平衡态分布函数的表达式。最后根据一维的两... 对于分数阶Navier-Stokes方程的数值求解问题,首先将该方程进行离散化处理,然后构造D1Q3格子Boltzmann模型,并采用Taylor展开和Chapman-Enskog多尺度展开等技术恢复宏观方程,同时推导出该模型平衡态分布函数的表达式。最后根据一维的两个数值算例对方程进行数值模拟以及误差分析,并将得到的数值解与精确解进行比较,从而验证格子Boltzmann方法的准确性与有效性。 展开更多
关键词 CAPUTO分数阶导数 格子boltzmann方法 分数阶Navier-Stokes方程 平衡态分布函数
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基于格子Boltzmann方法的单一粗糙裂隙渗流状态研究
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作者 段志超 王菁菁 +2 位作者 李育红 关艳丽 胡萱苡 《岩土工程技术》 2024年第3期317-321,共5页
岩体中普遍存在裂隙,基于格子Boltzmann方法以及D2G9离散模型在计算流体的渗流状态下具有边界条件易于设置、计算效率较高、计算结果可视化等优点,建立考虑不同粗糙度的单一裂隙渗流模型,模型的上下边界设置为无滑移的全反弹边界,左右... 岩体中普遍存在裂隙,基于格子Boltzmann方法以及D2G9离散模型在计算流体的渗流状态下具有边界条件易于设置、计算效率较高、计算结果可视化等优点,建立考虑不同粗糙度的单一裂隙渗流模型,模型的上下边界设置为无滑移的全反弹边界,左右边界则采用非平衡外推格式的分布函数边界,同时结合经典流体力学的Poiseuille流问题,对计算模型进行验证。最后,分析岩体裂隙表面粗糙程度对渗流状态的影响,计算结果表明:随壁面粗糙程度的增加,流体的流速、大小、方向均会发生不同程度的改变,并且在由粗糙度的改变而引起隙宽急剧变化的部位,局部伴随着流体旋涡的形成,导致流体内部摩擦阻力的增大,从而产生较大的局部能量损耗。 展开更多
关键词 岩体渗流 格子boltzmann方法 单一粗糙裂隙渗流
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A combined method using Lattice Boltzmann Method(LBM)and Finite Volume Method(FVM)to simulate geothermal reservoirs in Enhanced Geothermal System(EGS)
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作者 Xiang Gao Tai-lu Li +2 位作者 Yu-wen Qiao Yao Zhang Ze-yu Wang 《Journal of Groundwater Science and Engineering》 2024年第2期132-146,共15页
With the development of industrial activities,global warming has accelerated due to excessive emission of CO_(2).Enhanced Geothermal System(EGS)utilizes deep geothermal heat for power generation.Although porous medium... With the development of industrial activities,global warming has accelerated due to excessive emission of CO_(2).Enhanced Geothermal System(EGS)utilizes deep geothermal heat for power generation.Although porous medium theory is commonly employed to model geothermal reservoirs in EGS,Hot Dry Rock(HDR)presents a challenge as it consists of impermeable granite with zero porosity,potentially distorting the physical interpretation.To address this,the Lattice Boltzmann Method(LBM)is employed to simulate CO_(2)flow within geothermal reservoirs and the Finite Volume Method(FVM)to solve the energy conservation equation for temperature distribution.This combined method of LBM and FVM is imple-mented using MATLAB.The results showed that the Reynolds numbers(Re)of 3,000 and 8,000 lead to higher heat extraction rates from geothermal reservoirs.However,higher Re values may accelerate thermal breakthrough,posing challenges to EGS operation.Meanwhile,non-equilibrium of density in fractures becomes more pronounced during the system's life cycle,with non-Darcy's law becoming significant at Re values of 3,000 and 8,000.Density stratification due to buoyancy effects significantly impacts temperature distribution within geothermal reservoirs,with buoyancy effects at Re=100 under gravitational influence being noteworthy.Larger Re values(3,000 and 8,000)induce stronger forced convection,leading to more uniform density distribution.The addition of proppant negatively affects heat transfer performance in geothermal reservoirs,especially in single fractures.Practical engineering considerations should determine the quantity of proppant through detailed numerical simulations. 展开更多
关键词 Lattice boltzmann method Finite volume method Enhanced geothermal system Geothermal reservoir PROPPANT Re Heat extraction rate
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