Boltzmann-Equation Based Derivation of Balance Laws in Irreversible Thermodynamics
本文提出了一种新的方法来构造描述各种不可逆现象的宏观平衡方程和本构方程。它基于非平衡态热力学的一般原理，包括四个基本步骤：选择合适的状态变量，选择严格凹熵函数，适当分离熵通量和产生率，并确定耗散矩阵。我们的方法利用EIT和GENERIC形式主义，并显示出直接对应Levermore的时刻封闭层次的玻尔兹曼方程。这一结果可以把从非平衡态热力学的一般原理出发的各种宏观建模方法置于基于玻尔兹曼方程的坚实微观基础之上。
2014-11-26 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A diffuse-interface lattice Boltzmann method for the dendritic growth with thermosolutal convection
本文提出一种扩散界面模型及多松弛时间格子玻尔兹曼方法，用于模拟热溶质对流下的枝晶生长，避免了尖锐边界和复杂界面处理，数值结果与先前研究吻合良好。
2022-09-03 physics.flu-dyn
A fugacity-based Lattice Boltzmann method for multicomponent multiphase systems
自由能模型可以将格子玻尔兹曼方法推广到多相体系。然而，缺乏能够模拟具有部分可分解性的多组分多相流体的模型。此外，现有的模型不能被推广到任何多组分状态方程提供的热力学信息的选择。在本文中，我们介绍了一个自由能格子玻尔兹曼模型，其中强迫项是由逸度的物种，热力学性质，连接物种分压化学势计算。通过这样做，我们能够进行多组分多相模拟的部分混溶流体和推广的方法与任何多组分状态方程的利益。我们针对不同温度和压力条件下两组分和三组分混合物的气液平衡情况测试了这种基于逸度的格子玻尔兹曼方法。我们证明，该模型是能够可靠地再现相密度和组合物的多组分热力学预测，并可以重现不同的特征压力组合物和温度组合物信封具有很高的精度。我们还表明，该模型可以提供准确的预测动态条件下。
2022-12-20 physics.flu-dyn
Thermocapillary Convection in Superimposed Layers of Self-Rewetting Fluids: Analytical and Lattice Boltzmann Computational Study
自再润湿流体（SRF），如长链醇的水溶液，表现出表面张力对温度的反常二次依赖性，具有最小值和正梯度。当与正常流体（NF）相比时，SRF可以与显著改变的界面动力学相关联，其最近已被开发用于在各种应用（例如，微重力和微尺度运输系统）。在这项工作中，首先，我们开发了一个新的热毛细对流的解析解叠加两个SRF层限制在一个微通道内，正弦加热的一侧，并保持在一个均匀的温度下的另一侧的蠕动流制度。然后，一个强大的中心矩格子玻尔兹曼方法使用的Allen-Cahn方程的界面跟踪，两种流体运动，并为SRF的数值模拟的能量输运。的分析和计算技术一般被证明是在良好的定量协议彼此。此外，研究了各种特征参数对热毛细驱动运动的大小和分布的影响。SRF中的热毛细流动模式被证明是惊人的不同时相比，NF：对于其他相同的条件下，SRF的结果在8个周期性的反向旋转的热毛细对流辊，而NF表现出只有4个这样的漩涡。此外，在这种旋涡结构的SRF的循环流体运动的方向被发现是朝向较热的界面上的区域，这是相反的，在NF。通过调整温度上的表面张力的灵敏度系数，它示出的幅度以及整体热毛细流动模式可以显着操纵。
2022-10-14 physics.flu-dyn
A unified multirate lattice Boltzmann framework for thermosolutal dendritic solidification
Tsinghua University（清华大学）
针对热溶质枝晶凝固中多时间尺度问题，提出统一多速率多松弛时间格子玻尔兹曼方法，通过分离源项并即时传递相变贡献，实现稳定模拟，再现枝晶形态并公开代码。
2026-09-23 physics.flu-dyn
A thermodynamically consistent phase-field lattice Boltzmann method for two-phase electrohydrodynamic flows
提出一种热力学一致的相场格子Boltzmann方法，通过Onsager变分原理推导控制方程并引入静电场离散强迫项，实现大介电常数比两相EHD流动的准确模拟。
2024-07-01 physics.flu-dyn
Dissipation in Hydrodynamics from Micro- to Macroscale: Wisdom from Boltzmann and Stochastic Thermodynamics
该研究从微观尺度精确信息论热力学恒等式推导黏性流体宏观不可逆热力学，揭示熵产生的多粒子关联损失本质，通过分子混沌假设等恢复宏观理论，明确熵与耗散的信息论起源。
2024-06-27 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Galilean Invariant Preconditioned Central Moment Lattice Boltzmann Method without Cubic Velocity Errors for Efficient Steady Flow Simulations
用于计算由标准格子上的Navier-Stokes（NS）方程表示的流体流动的格子Boltzmann（LB）模型可导致涉及三次速度误差的非伽利略不变（GI）粘性应力。这是由于它们的第三阶对角矩对标准晶格的第一阶矩的依赖性，并且最近已经引入了策略来恢复GI，而不使用修改后的碰撞算子来恢复GI，该碰撞算子涉及对弛豫时间或矩平衡的校正。在定常流场模拟中，通过求解预处理NS方程可以加速收敛，预处理NS方程中包含一个预处理参数，它可以提高数值刚度。在本研究中，我们提出了一个GI制定的预处理级联中心矩LB方法用于解决预处理NS方程，这是免费的立方速度错误的标准格点。阿查普曼-Enskog分析揭示了结构的虚假非GI缺陷条款，它表明，所产生的粘性应力的各向异性是依赖于预处理参数，除了流体速度。它示出的部分校正，以消除立方速度缺陷是通过缩放的立方速度项的非对角三阶矩平衡与预处理参数的平方。此外，我们开发了额外的修正的基础上扩展的时刻平衡，涉及梯度项的系数依赖于局部的流体速度和预处理参数。从非GI误差的结构和相关校正的分析中得出几个结论，特别强调它们对预处理参数的依赖性。证明了精度和收敛加速的改进。
2018-06-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Lattice Boltzmann method for simulations of liquid-vapor thermal flows
我们提出了一种新的格子玻尔兹曼方法，具有模拟热力学多相流的能力。这种方法在宏观层面上是完全一致的。利用这种新方法，首次模拟了汽液两相沸腾过程，包括汽液两相的形成和合并以及温度的完全耦合。
2002-10-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Continuous surface force based lattice Boltzmann equation method for simulating thermocapillary flow
本文扩展了具有连续表面力（CSF）的格子Boltzmann方程（LBE）来模拟热毛细流动。该模型是在我们以前的无热两相流CSF LBE的基础上设计的，其中界面张力和Marangoni应力作为不同相之间的界面相互作用的结果由CSF的概念来描述。在该模型中，不同相之间的尖锐界面被一个狭窄的过渡层隔开，相分离的动力学和形态演化可以用一个序参量visa Cahn-Hilliard方程描述，并在LBE框架下求解。温度场的标量对流扩散方程也用热LBE求解。该模型进行了验证，热两层Poilluille流，和两个叠加的平面流体在可忽略不计的小雷诺数和Marangoni数的热毛细驱动的对流，其中有解析解的速度和温度。然后模拟了二维可变形液滴的热毛细迁移。数值结果表明，本文的LBE预测结果与解析解/其它数值结果一致。
2014-12-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Central Moment Lattice Boltzmann Method using a Pressure-based Formulation for Multiphase Flows at High Density Ratios and including Effects of Surface Tension and Marangoni Stresses
多相流的模拟需要结合经常发生在多个尺度上的流体运动的解决方案来耦合捕获或跟踪界面。我们将提出基于中心矩的统一级联LB方法，用于求解高密度比下的不可压缩两相流和捕获界面动力学。基于一个修正的连续玻尔兹曼方程（MCBE）的两相流，其中的动力学变换的分布函数，包括压力场被引入，以减少相关的数值刚度在高密度梯度，中心矩级联LB公式计算流体运动将被构造。在这个LB计划中，碰撞步骤是规定的各种中心时刻的放松，以他们的平衡，重新制定的压力场通过匹配的基础上变换的麦克斯韦分布的连续平衡。此外，差分处理的源项表示的变化，由于压力场和源项由于界面张力和体力出现在MCBE上的不同时刻的影响是一致的占在这个级联LB求解器，计算压力和速度场。此外，另一个级联LB计划通过修改的平衡将开发解决的相场模型的基础上保守的艾伦-卡恩方程的界面动力学。基于数值模拟的各种两相流的基准问题，在高密度比，并涉及表面张力和切向梯度（Marangoni应力）的影响，我们将验证我们的统一级联LB方法，并证明数值稳定性的改善。
2019-09-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Central Moment Lattice Boltzmann Method on a Rectangular Lattice
基于碰撞流的格子玻尔兹曼方法（LBM）可以有效地模拟不同坐标方向上不同特征尺度的非均匀流动。提出并研究了一种基于非正交矩基的矩形中心矩LBM（简称RC-LBM）。在这种方法中，中心矩在碰撞下松弛到的平衡是通过与连续麦克斯韦分布对应的平衡相匹配而获得的。进行Chapman-Enskog分析，以获得涉及网格纵横比和速度梯度的二阶矩平衡的校正项，其恢复粘性应力张量的各向同性，并消除所得到的流体动力学方程的非伽利略不变的三次速度项。一个特殊的情况下，这种矩形配方涉及的原始时刻（称为RNR-LBM）也被构造。由此产生的计划代表了一个相当大的简化，特别是对于变换矩阵和各向同性校正，并改善现有的MRT-LB计划的矩形格点网格，使用正交矩基础。数值验证研究的RC-LBM和RNR-LBM的各种基准流问题进行，显示出良好的精度在不同的网格纵横比。我们提出的计划，以模拟使用相对较低的网格纵横比在以前的矩形LB方法的流动的能力被证明。此外，模拟揭示了优越的稳定性特性的RC-LBM在RNR-LBM在处理剪切流在较低的粘度和/或较高的特征速度。此外，使用我们的矩形LB配方代替基于正方形晶格的计算优势。
2021-04-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann Simulations of Droplet formation in confined Channels with Thermocapillary flows
基于“Shan-Chen”模型的介观格子Boltzmann模拟，研究了热毛细效应对微流控T型接头中流体线破裂特性的影响.在T型接头中，分散相垂直注入含有连续相的主通道，连续相通过横向流动诱导液滴周期性破裂.温度效应的研究是通过打开/关闭沿主通道方向的正/负温度梯度，从而促进不同的线程动态与预期/延迟断裂。数值模拟进行在改变连续相和分散相的流速，以及粘性力，表面张力力和热毛细应力的相对重要性。参数的范围是足够宽的热毛细作用的影响，在封闭的T型接头，包括所谓的“挤压”和“滴水”制度，以前在文献中确定的不同机制的突破。提出了一些简单的缩放参数，以合理化所观察到的行为，并提供定量的指导方针，如何预测破碎后的液滴大小。
2016-11-14 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann model with self-tuning equation of state for multiphase flows
发展了一种新的多相流格子玻尔兹曼（LB）模型，该模型符合动力学理论的热力学基础。通过在离散水平上直接设计LB方程的碰撞项，实现了自调整状态方程，可以解释为短程分子相互作用的引入。引入一种成对相互作用力来模拟长程分子相互作用，这是负责界面动力学。导出的压力张量与热力学理论自然一致，表面张力和界面厚度可以独立地规定。
2018-09-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thermodynamics of driven systems via the Kuramoto-Sivashinsky equation
Institute of Fusion Studies, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）；Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室理论部）
本文通过库莫-西瓦斯基方程研究驱动系统热力学，展示其正谱对熵生成和系统演化的影响。
2026-01-08 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Lattice Boltzmann model for combustion and detonation
本文提出了一个燃烧和爆轰的格子Boltzmann模型。在该模型中，通过GAN等人的有限差分格子Boltzmann模型描述流体行为[Physica A，2008，387：1721]。化学反应由Lee-Tarver模型描述[Phys. Fluids，1980，23：2362]。反应热自然地与流动行为耦合。由于化学过程和热力学过程的时间尺度是分离的，采用算符分裂方案是成功模拟的关键技术。新的模型进行了验证和知名的基准测试。作为新模型的一个具体应用，我们研究了简单稳态爆轰现象。为了说明LB模型相对于传统模型的优点，我们着重研究了反应区的非平衡效应。有趣的是，在冯·诺依曼峰处，系统几乎处于热力学平衡。在冯·诺依曼峰的两侧，系统以相反的方向偏离其平衡。在冯·诺依曼峰前，由于冯·诺依曼峰后的反应产物的强烈压缩，系统经历突然偏离热力学平衡。在冯·诺依曼峰之后，化学能的释放导致反应区内物质的热膨胀，这驱动系统在相反方向上偏离热力学平衡。从本文定义的热力学平衡偏离量，可以更好地理解热力学平衡偏离量对系统的宏观影响。
2013-05-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Recovery of Galilean Invariance in Thermal Lattice Boltzmann Models for Arbitrary Prandtl Number
在本文中，我们证明了一组所需的基本条件制定的热流体动力学格子玻尔兹曼模型在任意普朗特数。然后提出了符合这些条件的特定碰撞算子形式。它允许两个独立的弛豫时间，一个用于粘度，另一个用于热导率。但更重要的是，由此产生的热流体动力学方程的基础上，这样的碰撞算子形式的理论上示出，以消除众所周知的非伽利略不变的文物在非单位普朗特数在以前的热晶格玻尔兹曼模型与多个弛豫时间。
2014-03-10 nlin.CG physics.comp-ph physics.flu-dyn
Discrete Boltzmann modeling of multiphase flows: hydrodynamic and thermodynamic non-equilibrium effects
建立了一个离散Boltzmann模型（DBM），用于研究相分离过程中的流体动力学和热力学非平衡（TNE）效应。粒子间力驱动变化，而由宏观量的梯度引起的梯度力则与变化相反。在本文中，我们通过对各种非平衡观测量的详细检查来研究它们之间的相互作用。基于TNE特征，我们定义了一个TNE强度，它粗略地估计了偏离热力学平衡的幅度。TNE强度随时间的演化提供了一个方便有效的物理判据来区分调幅分解和畴生长的阶段。通过DBM模拟和该判据，定量研究了相变潜热和表面张力对相分离的影响。结果表明，TNE强度在失稳分解阶段末达到最大值，随着潜热从零开始增加，TNE强度逐渐减小。表面张力的作用有三个方面，即延长了失稳分解阶段的持续时间，降低了最大TNE强度，并加快了畴生长阶段的速度。
2015-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Warm turbulence in the Boltzmann equation
本文研究了用玻尔兹曼方程描述的三维硬球气体的单粒子分布。我们专注于稳定的齐次各向同性解决方案在开放的条件下，即在强迫和耗散的存在下。我们观察到非平衡稳态的解决方案，其特征在于由一个温暖的湍流，这是一个能量和粒子级联叠加在麦克斯韦-玻尔兹曼分布。我们使用量纲分析的方法来关联的热力学量的定态的强迫和耗散项的特性。特别是，我们提出了一个分析预测的温度系统，我们证明是只依赖于强迫和耗散尺度。玻尔兹曼方程的数值模拟支持我们的分析预测。
2011-03-28 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Equilibria and condensates in Rossby and drift wave turbulence
研究了Charney-Hasegawa-Mima（CHM）方程在弱非线性极限下的热力学平衡谱。在这个极限下，方程有三个绝热不变量，与2D欧拉方程或Gross-Pitaevskii方程的两个不变量相反，这是比较的例子。我们探讨如何第三不变大大丰富了各种平衡光谱的CHM系统可以访问。特别是，我们讨论了这些光谱的奇异极限，其中发生凝聚，即一个单一的傅立叶模式（或模式对）积累（S）的总不变量的宏观分数。我们发现，这些平衡冷凝物提供了一个简单的解释CHM系统中观察到的特征结构的有限大小：高度各向异性的带状流，大规模的各向同性涡，涡在小尺度。我们展示了这些冷凝物是如何与负热力学势（即温度）的组合。
2021-08-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Additional Invariants and Statistical Equilibria for the 2D Euler Equations on a spherical domain
本文研究了二维欧拉流统计力学中区域几何的作用。结果表明，对于球面区域，相空间中存在不变子空间，它们产生额外的角动量、能量和拟能不变量。建立了考虑这些不变量的微正则测度，并在能量拟能测度的简单情况下发展了平均场Robert-Sommeria-Miller理论。变分问题的解析求解和部分能量凝聚。并对体系的热力学性质进行了讨论。
2013-07-19 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Long-range correlations and coherent structures in magnetohydrodynamic equilibria
推导了二维磁流体动力学方程的平衡理论，考虑了守恒积分的无穷级数。一个精确的描述出现在两个耦合的弹性膜，产生的磁场和速度场之间的长程相关性。这是很大的不同，从以前的变分处理的结果，它依赖于一个本地产品的热力学吉布斯分布。的平衡显示相同类型的相干结构，如紧凑的涡流和带状射流，以前发现在纯流体平衡。可能的后果，这对最近的模拟太阳速跃层进行了讨论。
2012-08-01 astro-ph.SR cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Development of a central-moment phase-field lattice Boltzmann model for thermocapillary flows: Droplet capture and computational performance
本研究开发并实现了基于waLBerla的3D中心矩相场格子Boltzmann热毛细流动模型，对比了多种能量方程求解技术，揭示了局部加热操纵液滴的机制，并在GPU集群上展现出接近完美的扩展性能。
2024-01-05 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Three-Dimensional Central Moment Lattice Boltzmann Method on a Cuboid Lattice for Anisotropic and Inhomogeneous Flows
我们提出了一种新的三维格子Boltzmann（LB）算法的基础上，使用长方体网格的D3 Q27晶格的中心矩，这是参数化的两个网格的纵横比，这是有关的粒子的速度相对于沿参考坐标方向的比率。长方体网格的使用使得该方法能够更有效地计算在不同方向上具有不同特征长度尺度的流动。通过引入对Chapman-Enskog分析得到的二阶矩平衡的抵消修正，消除了与网格各向异性和非伽利略不变项相关的误差，从而构造了一致的Navier-Stokes方程。实施被证明是紧凑和模块化的，与特殊矩阵的基础上的解释，承认准备扩展的标准算法的立方晶格长方体晶格通过适当的缩放的时刻的基础上网格纵横比之前和之后的碰撞步骤和平衡校正。由此产生的配方是一般的，相同的网格校正开发的D3 Q27晶格恢复正确的粘性应力张量是适用于其他晶格子集，和各种碰撞模型，包括那些基于松弛的原始时刻，中心时刻和累积量，以及他们的特殊情况下，涉及的分布函数。长方体中心力矩LBM对各种基准流进行了验证，当用于代替相应的原始力矩公式模拟剪切流时，我们表明它会显着改善数值稳定性。最后，我们证明了我们的长方体LB方法是有效的，在模拟各向异性剪切流问题的计算成本和内存存储的显着节省相比，基于立方晶格。
2021-08-29 cs.CE nlin.CG physics.comp-ph
