微纳米孔隙内气体流动特性与LBM数值模拟研究

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。

偏微分方程求解的一种新颖方法——格子Boltzmann模型

介绍了一种偏微分方程求解的一种新颖方法格子Boltzmann模型,详细分析了它的基本理论和基本原理。并通过不可压Navier-Stokes方程组和二维含源项扩散方程的数值模拟计算实例,说明格子Boltzmann方法的有效性,展示了广阔的应用前景,为今后更深入的研究和广泛应用提供参考.

BGK模型的精度分析及模型改进

从差分的角度由Boltzmann方程离散出格子Boltzmann方程,并以D2Q9模型为例,分析了BGK模型的误差来源,针对BGK模型存在由网格步长和压缩效应所产生的双重误差进行了改进,从而消除了部分误差,提高了该方法的计算精度。

基于格子Boltzmann法的管道流模拟二维和三维离散模型的比较

格子Boltzmann方法是近二十年迅速发展起来的一种介观模拟方法。它是由格子气自动机理论演化而来,有别于传统模拟方法,具有宏观上离散,微观上连续的特点。本文着重介绍了格子Boltzmann法控制方程的理论基础,基于LBGK理论的D2Q9和D3Q19离散速度模型边界条件的定义以及算法演变情况。使用MATLAB软件编写程序进行二维和三维的泊肃叶流的数值模拟,对比分析D2Q9和D3Q19离散速度模型在LBGK理论下的边界条件的影响。

基于MRT-LBM的方腔流动局部加密算法

使用多参数弛豫模型的格子玻尔兹曼方法及D2Q9模型,对方腔流顶盖下方左右奇异角落处应用局部网格加密模拟方腔流动特性.在粗细网格界面上,建立了分布函数的转换公式,采用3次样条插值计算加密界面上插值点的参量,根据Chapman-Enskog分析,给出了应力计算公式.数值计算结果表明:对雷诺数1000的方腔流动,沿腔中心线的速度分布与经典文献结果对比效果良好,压力、涡量轮廓图的噪声明显降低,应力振荡明显减少,证实了所提局部加密方法的有效性.

基于LBM-LES方法的多段翼型流场数值模拟

运用Lattice Boltzmann(LB)方法与Large Eddy Simulation(LES)结合的方法数值模拟研究了二维翼型绕流流场,其中,粒子速度模型采用D2Q9模型,松弛时间中对应的湍流粘性系数由Smagorinsky模型计算,网格生成方法采用无网格技术。对NACA0012翼型进行数值模拟,验证其有效性;为进一步研究其模拟复杂物体绕流的能力,以三段翼型30P30N为研究对象进行数值研究,计算出了给定攻角条件下的气动特性,并与实验值进行比较。计算结果表明,LBM-LES方法的计算结果能够与实验值一致,是一种可行、有效且较新的数值模拟方法。

一种高效建模数值算法及其应用——Lattice Boltzmann方法

近年来,格子Boltzmann方法(LBM)已发展为一种模拟流体和物理问题的新颖的、有前景的数值方法,在许多领域的各种数值问题求解上取得很大的成功。文章介绍了一种模拟复杂流动的高效建模数值算法Lattice Boltzmann方法和它的基本原理及其应用。并通过两个实例数值模拟计算,说明Lattice Boltzmann方法正确、有效,并展示了广阔的应用前景,为今后更深入的研究和广泛应用打下基础。

LBM算法在GPU组中的应用

为提高大规模并行计算的并行效率,充分发挥CPU与GPU的功能特点,特别是体现GPU强大的运算能力,提出了用消息传递接口(MPI)将一组GPU连接起来。使GPU通用计算与计算流体力学中的LBM(latticeBoltzmannmethod)算法相结合。根据GPU通用计算与LBM算法的原理,使MPI作为计算分配的机制,CUDA(compute unified device architecture)作为主要的计算执行引擎,建立支持CUDA的GPU集群,在集群上对LBM算法中的D2Q9模型进行二维方腔流数值模拟。实验结果表明,利用GPU组模拟与CPU模拟结果一致,更充分发挥了GPU的计算能力,提高了并行效率。

低雷诺数下翼型绕流的LBM数值模拟

Lattice Boltzmann Method (LBM)是一种近年来发展的基于分子动理论的数值方法,它具有计算简单、边界易于处理的特点。本文基于采用D2Q9模型的LBM方法对NACA0012翼型进行了数值模拟与分析,数值结果表明:对于简单翼型的低雷诺数、非定常湍流流场,LBM方法的数值结果与CFL3D参考值可以很好的吻合。因而,该方法对于低雷诺数下简单翼型流场计算是一种有效的计算手段。

基于非均匀网格二维突扩流Lattice-Boltzmann方法模拟

将非均匀网格插值方法引入基于Lattice-Boltzmann(LB)方程的d2q9模型,据以模拟二维突扩流,并与LES紊流模型模拟得到的结果进行了比较.结果表明,LB方法与LES模型计算的结果相似,但LB方法计算简单,花费时间也少.因而对于二维突扩流这种复杂流动,用LB方法来模拟较为合适.同时预示了LB方法在河道水流泥沙数值模拟中应用的广阔前景.

基于LBM算法的大规模人群疏散研究

人群聚集活动越来越多地出现在各种公共场合,而由此引发的各种安全问题也逐渐受到社会各界的重视。在重要建筑和人群密集场所突发重大恐怖事件时,将人员在较短的时间内紧急疏散至安全地带是恐怖事件紧急救援的首要任务。文中提出一种基于LBM的高效的人群疏散算法及模型,该模型将Lattice Boltzmann Method的D2Q9模型应用于人流疏散的模拟过程。该模型的着重点在于研究人群的疏散过程,从人流整体的运动特点考虑疏散问题。针对大规模人群紧急疏散的模拟,可比较精确地预测人流紧急疏散的过程与现象。

Lattice Boltzmann模型在CFD中应用

近年来,格子Boltzmann方法(LBM)已发展为一种模拟流体和物理问题的新颖的、有前景的数值方法,在许多领域的各种数值问题求解上取得很大的成功.文章介绍了一种模拟复杂流动的高效建模数值算法Lattice Boltzmann方法,和它的基本原理及其应用.并通过两个实例数值模拟计算,说明Lattice Boltzmann方法正确、有效,并展示了广阔的应用前景,为今后更深入的研究和广泛应用打下基础.