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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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微纳米孔隙内气体流动特性与LBM数值模拟研究
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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的典型建筑布局树木风环境模拟 被引量:1
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作者 张慎 王义凡 +3 位作者 尹鹏飞 程明 王杰 李霆 《建筑节能(中英文)》 CAS 2024年第2期30-37,共8页
在建筑方案设计阶段定量评估景观绿植对建筑风环境影响,对于提高行人区域热舒适性具有重要实践意义。结合格子玻尔兹曼计算流体力学方法和多孔介质模型,开展了边界层流场-建筑-树木耦合模拟和关键参数验证,针对城市街道区域典型矩形建... 在建筑方案设计阶段定量评估景观绿植对建筑风环境影响,对于提高行人区域热舒适性具有重要实践意义。结合格子玻尔兹曼计算流体力学方法和多孔介质模型,开展了边界层流场-建筑-树木耦合模拟和关键参数验证,针对城市街道区域典型矩形建筑平面布局存在的风速加速现象,开展树木挡风效应分析。研究结果表明:模拟方法能够重现出与试验吻合一致的树木尾流区平均风速和湍流特征;基于不同阻力系数的树木透孔率对树木背风区下游1H~3H范围内挡风效应影响明显;基于等效原则提出的圆柱体简化模型能够计算出与树木原型一致的挡风效应变化规律;建筑两侧和迎风端布置合理间距的树木能够减小矩形建筑两侧风速加速比和加速区域面积,可以通过经济合理的树木布置方案实现建筑周围风环境舒适度优化和通风廊道畅通。研究成果可应用于景观植被风环境优化设计,为方案设计阶段绿色建筑自然通风评估提供新的计算参考。 展开更多
关键词 矩形建筑 树木 风环境 格子玻尔兹曼 多孔介质模型 风速加速
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基于神威加速计算架构的LBM多级并行计算
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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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Zakharov-Rubenchik方程组的格子Boltzmann方法
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作者 宋艺 戴厚平 《湖南城市学院学报(自然科学版)》 CAS 2024年第4期73-78,共6页
Zakharov-Rubenchik方程组常用于描述非线性介质中高、低频波间相互作用的波耦合现象。本文针对该方程组的数值求解问题,构建了一种格子Boltzmann方法的D1Q3演化模型,并利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡... Zakharov-Rubenchik方程组常用于描述非线性介质中高、低频波间相互作用的波耦合现象。本文针对该方程组的数值求解问题,构建了一种格子Boltzmann方法的D1Q3演化模型,并利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡态分布函数和修正函数的具体表达式,从而将所建的演化模型准确恢复到宏观方程组。最后,通过数值算例证明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 一维Zakharov-Rubenchik方程组 格子boltzmann方法 数值求解 非线性偏微分方程
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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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基于格子Boltzmann方法的地埋管管群换热的模拟研究
7
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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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LBM的泡沫金属与翅片相变储能系统性能对比分析 被引量:1
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作者 张金亚 周文博 程紫漪漪 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期598-607,共10页
为了研究翅片和泡沫金属铜对相变储能系统性能的影响,使用四参数随机生长法(QSGS)构建了孔隙密度(PPI)分别为20PPI、30PPI的泡沫铜复合相变材料模型,并构建了等铜质量的翅片相变材料模型。在此基础上,采用格子玻尔兹曼(LBM)数值模拟方... 为了研究翅片和泡沫金属铜对相变储能系统性能的影响,使用四参数随机生长法(QSGS)构建了孔隙密度(PPI)分别为20PPI、30PPI的泡沫铜复合相变材料模型,并构建了等铜质量的翅片相变材料模型。在此基础上,采用格子玻尔兹曼(LBM)数值模拟方法对相变材料(PCM)的储/放热过程进行了数值模拟,基于努塞尔数、液相率、PCM流动速度、PCM熔化/凝固时间对比分析了添加翅片以及添加泡沫金属结构对相变材料换热性能的影响。结果表明,在储热过程中,由于泡沫金属的存在会抑制熔化过程中对流换热的发展,双翅片结构的努塞尔数高于泡沫金属结构,熔化时间更短,相比于20PPI、30PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了28.55%、17.5%;在放热过程中,泡沫金属的存在会增加热传导面积,泡沫金属结构的凝固速度高于翅片结构,30PPI泡沫金属结构的凝固时间相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了65.80%、20.24%。综合考虑储放热两个过程,30PPI泡沫金属结构的总储放热时间最短,相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了27.81%、15.32%。在耗费相同金属材料的条件下,采用泡沫结构是更为有效的提升储能效率的手段。 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼 四参数随机生长法 翅片 泡沫金属 相变储能系统
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非线性时间分数阶空气动力学方程的格子Boltzmann研究
10
作者 王慧敏 陈恒佳 《长春师范大学学报》 2024年第10期1-5,共5页
针对非线性时间分数阶空气动力学方程,提出了一种新的格子Boltzmann模型.通过使用Chapman-Enskog展开和时间多尺度展开技术,得到了一系列不同时间尺度上的系列偏微分方程.选择合适的平衡态分布函数的矩,恢复出宏观方程,数值模拟出非线... 针对非线性时间分数阶空气动力学方程,提出了一种新的格子Boltzmann模型.通过使用Chapman-Enskog展开和时间多尺度展开技术,得到了一系列不同时间尺度上的系列偏微分方程.选择合适的平衡态分布函数的矩,恢复出宏观方程,数值模拟出非线性时间分数阶空气动力学方程的解.数值实验表明,格子Boltzmann方法是研究非线性时间分数阶空气动力学方程的有效工具. 展开更多
关键词 格子boltzmann方法 非线性时间分数阶空气动力学方程 数值模拟
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基于改进QSGS-LBM法的各向异性重构土体的渗流模拟
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作者 阙云 邱婷 +2 位作者 蔡沛辰 谢秀栋 薛斌 《福州大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第4期471-478,共8页
为解决传统四参数随机生长(quartet structure generation set, QSGS)方法重构模型与真实土体情况不符的缺陷,提出一种改进的QSGS方法,在综合考虑各向异性、孔隙率、土体颗粒大小情况下构建各向异性多孔介质模型.采用两点自相关函数法... 为解决传统四参数随机生长(quartet structure generation set, QSGS)方法重构模型与真实土体情况不符的缺陷,提出一种改进的QSGS方法,在综合考虑各向异性、孔隙率、土体颗粒大小情况下构建各向异性多孔介质模型.采用两点自相关函数法验证模型的有效性,并结合格子玻尔兹曼方法自编Matlab程序来模拟细观渗流过程.实验发现,各向同性模型和土体CT切片的两点相关系数最大差值是各向异性模型的2.5倍以上,且流体粒子在孔道中线处的渗流速度最大,达到0.03,在孔壁处渗流速度接近于0.结果表明,各向异性模型在孔隙结构和空间分布上更接近真实土体情况,流体在渗流后期出现大孔隙优先流现象和指进现象. 展开更多
关键词 细观渗流 水分迁移 重构土体模型 格子玻尔兹曼 四参数随机生长法
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PF-LBM耦合模型下Al-Cu合金的枝晶生长和气泡形成
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作者 朱昶胜 雷瑶 +2 位作者 雷鹏 高梓豪 赵博睿 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期19-26,共8页
基于Shan-Chen多相流的格子玻尔兹曼方法模拟复杂多相流系统,探索气泡在液相中的生长和运动.研究了Al-4.0wt.%Cu合金在凝固过程中枝晶与气泡的相互作用,各向异性对凝固组织的影响以及枝晶与气泡共存时溶液密度的变化情况.结果表明:在定... 基于Shan-Chen多相流的格子玻尔兹曼方法模拟复杂多相流系统,探索气泡在液相中的生长和运动.研究了Al-4.0wt.%Cu合金在凝固过程中枝晶与气泡的相互作用,各向异性对凝固组织的影响以及枝晶与气泡共存时溶液密度的变化情况.结果表明:在定向凝固枝晶生长模型中,气泡先在枝晶底部析出,压差导致气泡上升,流动的过程中会与枝晶产生相互作用且会出现气泡合并与消失的情况,在枝晶间密集通道处大气泡会变成蠕虫形状.模拟区域的高长比会影响枝晶和气泡的生长情况,当高长比较小时更容易产生短而小的气泡,高长比较大时更容易产生蠕虫状气泡.在等轴枝晶生长模型中,气泡在枝晶间析出,随着枝晶的生长,气泡同样会发生合并与消失的情况,并且在受到挤压时发生形变. 展开更多
关键词 相场模拟 格子玻尔兹曼方法 气泡 Al-4.0wt.%Cu合金
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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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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:1
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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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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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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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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
18
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LBM的粗糙裂隙内两相驱替渗流特性模拟研究
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作者 周新 盛建龙 叶祖洋 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1475-1487,共13页
岩体粗糙裂隙两相驱替渗流普遍存在于许多工程应用中,而裂隙开度分布特征与壁面润湿性是影响两相驱替特性的关键因素.基于分形理论生成三维粗糙裂隙面并分别构建开度分布一致的均质模型和不一致的非均质模型,通过LBM伪势模型模拟粗糙裂... 岩体粗糙裂隙两相驱替渗流普遍存在于许多工程应用中,而裂隙开度分布特征与壁面润湿性是影响两相驱替特性的关键因素.基于分形理论生成三维粗糙裂隙面并分别构建开度分布一致的均质模型和不一致的非均质模型,通过LBM伪势模型模拟粗糙裂隙准静态排水过程,研究了裂隙开度分布特征与壁面润湿性对两相驱替渗流特性的影响规律及细观机制.研究结果表明:均质模型驱替前缘基本保持平稳推进,而非均质模型出现优先驱替阻力较小的大开度区域的优势驱替路径现象,润湿性增强可加剧该现象致使驱替前缘更快突破,对均质模型无明显作用;残余捕获可分为孤立的“圈闭”模式和吸附在裂隙壁面的“水膜”模式,非均质模型中圈闭捕获明显多于均质模型,强润湿性有利于水膜捕获增多;当驱替压力增大至进入压力后,非均质模型中部分小开度区域润湿相被逐步排驱,而均质模型大多数润湿相被快速驱替,因此非均质模型P_(c)-S_(w)曲线比均质模型更加平缓,润湿性增强使得两种裂隙模型驱替开始发生时的进入压力更大,施加相同驱替压力时驱替效率更低. 展开更多
关键词 粗糙裂隙 两相驱替 开度分布 润湿性 格子boltzmann方法
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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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