Viscous coalescence of droplets: a Lattice Boltzmann study
用格子玻尔兹曼方法研究了两个静止液滴在饱和汽相中的聚并过程。我们发现，在粘性区，桥半径服从时间的t^{1/2}标度律，其特征时间尺度由粘性时间给出。我们的研究结果显着不同的预测现有的分析理论的粘性聚结，以及从实验观察。虽然这些偏差的根本原因是目前未知的，一个简单的缩放参数给出了很好地描述我们的结果。
2013-05-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Simulating Crystallization in a Colloidal System Using State Predictive Information Bottleneck based Enhanced Sampling
本研究结合机器学习与增强分子动力学模拟过饱和胶体悬浮液的结晶过程，利用 State Predictive Information Bottleneck 框架的一维反应坐标在有偏元动力学中有效捕捉了跨越多个能垒的相变，并量化了相对自由能差及分子特征对相变的驱动作用。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Simulating dynamics of ellipsoidal particles using lattice Boltzmann method
本文提出一种基于格子玻尔兹曼方法和四元数隐式更新方案的椭球颗粒-流体耦合模拟算法，并通过平动、漂移、Jeffrey轨道及微型游泳者自推进等算例验证了其准确性与鲁棒性。
2024-05-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A new model for simulating colloidal dynamics
本文提出了一种新的混合格子-Boltzmann和Langevin分子动力学方案，用于模拟球形胶体颗粒悬浮液的动力学。溶剂模型采用格子玻尔兹曼方法，溶质模型采用分子动力学。两者之间的耦合是通过作用在溶剂和溶质上的摩擦力来实现的，该摩擦力取决于相对速度。球形胶体颗粒由其表面的相互作用位点表示。我们证明，该计划定量再现了液体中的中性球形粒子的平移和旋转扩散，并显示带电球形粒子的初步结果。我们认为，这种方法是特别有利的带电胶体的情况下。
2003-10-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Lattice-Boltzmann model for suspensions of self-propelling colloidal particles
本文提出了一种格子玻尔兹曼方法，用于模拟二维自推进（主动）胶体粒子。考虑了活性粒子表面力分布的对称性和非对称性。由一个单一的活性粒子产生的速度场，改变其方向随机，以及所涉及的不同的时间尺度的详细特征。流体中的稳态速度分布，从活动中产生的，示出偏离平衡分布相当大。
2006-01-23 cond-mat.soft
Reversibility and Multiplicity in Liquid-Vapor Phase Change
University of São Paulo (USP)（圣保罗大学）；North Dakota State University (NDSU)（北达科他州立大学）
本文通过扩散界面理论发现液-气相变中无粘极限下的可逆蒸发冷凝现象及粘性导致的多重冷凝速率，并用格子玻尔兹曼模拟验证，揭示了该理论的新行为。
2026-09-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Contact angles in the pseudopotential lattice Boltzmann modeling of wetting
在本文中，我们的目标是调查的实施接触角的赝势格子玻尔兹曼模型的润湿在一个大的密度比。赝势格子Boltzmann模型[X. Shan和H. Chen，Phys.Rev.E49，2941（1994）]是用于模拟多相流和界面动力学的流行的介观模型。在该模型中，接触角通常通过流体-固体相互作用来实现。对两种广泛应用的流固相互作用：基于密度的相互作用和基于赝势的相互作用，以及本文提出的一种改进的基于赝势的相互作用进行了数值研究，并在可实现的接触角、最大和最小密度以及寄生电流方面进行了比较。结果表明，赝势相互作用能很好地模拟小的静态（液体）接触角，但不能再现接近180度的静态接触角。与此同时，与其他两种流固相互作用相比，改进的赝势相互作用在最大密度和最小密度方面表现更好，更适合于模拟大接触角的流固相互作用.此外，当流固相互作用力的引入时，寄生电流被放大。增加汽液相之间的运动粘度比被证明是能够减少由流体-固体相互作用引起的寄生电流。
2014-10-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pattern Formation in Liquid-Vapor Systems under Periodic Potential and Shear
本文研究了周期势作用下非理想流体受剪切时的相行为和斑图形成。本文提出并验证了一种基于范德瓦尔斯状态方程的二维等温格子Boltzmann方法。移动壁施加剪切力，周期势将沿流动方向变化。一个区域的参数空间，在没有流动的条纹相振荡密度是稳定的，将被视为。在低剪切速率下，周期性图案被保持并且被流动略微扭曲。在高剪切速率下，条纹相失去其稳定性，并且在液相和气相区之间将出现具有界面波的新相。还将显示速度场模式。
2014-05-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Thermodynamic consistency of liquid-gas lattice Boltzmann simulations
格子玻尔兹曼模拟在模拟液-气和其他多相流体系统方面已经非常成功。然而，运动方程的基本二阶分析长期以来一直被认为不足以一致地导出表示扩展界面所必需的四阶项。这些相同的项也负责热力学一致性，即获得具有恒定化学势和恒定压力的真正平衡解。在这篇文章中，我们提出了一个平衡分析的非理想格子玻尔兹曼方法足够的顺序，以确定那些高阶项，导致缺乏热力学一致性。然后，我们介绍了一个一致的强迫方法。
2006-08-22 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulation of mixtures with multicomponent van der Waals equation of state
我们开发了一个通用的框架模拟多组分和多相系统使用格子玻尔兹曼框架。尽管原则上对组分的数量没有限制，但在本文中，我们将重点放在两组分混合物的应用上，但我们也证明了该算法适用于更大数量的组分。为了验证我们的算法，我们分别最小化这个潜在的自由能，以生成具有范德华自由能的流体混合物的理论相图。用我们的格子玻尔兹曼方法很好地恢复了所有的理论相图。
2018-05-18 cond-mat.soft physics.comp-ph
Modeling Solution Drying by Moving a Liquid-Vapor Interface: Method and Applications
采用隐式溶剂模型，通过移动液-气界面模拟软物质溶液的干燥过程。对于聚合物和纳米颗粒的溶液，我们观察到“聚合物上”分层，类似于先前发现的明确的溶剂模型。此外，即使当纳米颗粒尺寸小于聚合物链的回转半径时，也发现"顶部聚合物"。对于一个悬浮液滴的纳米粒子的双分散混合物，我们表明，核壳簇的纳米粒子可以通过在快速蒸发速率的“小外”分层机制。当蒸发速率降低时，还观察到“大外”分层和均匀的颗粒分布。具有各种形态的聚合物颗粒，包括Janus球、核-壳颗粒和片状颗粒，通过将快速蒸发与聚合物和液-气界面之间的受控相互作用相结合，由干燥聚合物溶液的液滴产生。我们的研究结果验证了移动界面方法的适用性，以广泛的干燥系统。指出了该方法的局限性，并就该方法可能失败的情况向潜在的从业人员提供了警告。
2022-09-23 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann Method for mixtures at variable Schmidt number
当通过格子玻尔兹曼方法模拟多组分混合物时，希望在保持溶液粘度固定的同时控制物种之间的相互扩散率。这一目标是通过引入两个不同的时间尺度的质量和动量扩散的多组分Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）演化方程的修改在这里实现的。因此，扩散率由作用在物种之间的有效拖曳力控制。数值模拟证实了中性二元和带电三元混合物在散装条件下的方法的准确性。带电狭缝通道中带电混合物的模拟表明，电导率和电渗迁移率表现出偏离Helmholtz-Smoluchowski预测在高扩散率。
2015-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A boundary condition with adjustable slip length for Lattice Boltzmann simulations
最近Hecht和Harting[arxiv：0811.4593]提出了格子玻尔兹曼模拟技术的速度边界条件。该边界条件与碰撞过程中的松弛过程无关，不含人工滑移。在这项工作中，这个边界条件扩展到模拟滑流。对扩展边界条件进行了检验，发现滑移长度与剪切速率和密度无关，与BGK松弛时间成正比。该方法被用来研究在Poisonille流和线性剪切流中的滑移。本文还研究了不同滑移参数的条纹图案壁，发现滑移长度随表面图案的变化呈现各向异性，模拟结果的角度依赖性与理论预期完全一致。结果证实，所提出的边界条件可以用于模拟滑移流微流体使用单弛豫时间格子玻尔兹曼，没有任何数值滑移，给出了二阶精度。
2009-08-26 cond-mat.soft
A multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for convection heat transfer in porous media
本文建立了一个二维多重弛豫时间格子Boltzmann模型，用于模拟多孔介质中典型单元体积尺度下的对流换热。在该模型中，MRT-LB方程用于模拟流场，而另一个MRT-LB方程用于模拟温度场。通过在平衡矩中引入孔隙率，并在矩空间对流场的MRT-LB方程中加入强迫项，考虑了多孔介质的影响。通过对几个二维多孔介质对流问题的数值模拟，验证了本文提出的MRT-LB模型的有效性。数值结果与文献报道的有据可查的数据吻合良好。
2013-11-28 cond-mat.soft physics.comp-ph
Phase segregation of liquid-vapor systems with a gravitational field
针对重力场下液-气系统相分离研究不足的问题，采用等温格子Boltzmann模型开展模拟，揭示了重力对畴粗化、层厚演化规律的影响及稳态密度分布特征。
2025-10-07 cond-mat.soft physics.comp-ph
Contact Angle Measurement in Lattice Boltzmann Method
接触角是润湿、毛细作用和移动接触线的基本特征;然而，尽管接触角现象被有效地模拟，但在计算流体动力学中，特别是在动态环境中，接触角的精确和实时测量还没有得到很好的研究。在这里，我们设计了一个基于几何的介观方案，在现场测量格子玻尔兹曼方法中的接触角。在不考虑重力影响的情况下，计算结果与球冠法的基准值吻合得很好。通过模拟光滑固体表面上的固着液滴和悬垂液滴以及化学非均匀表面上的接触角滞后，在重力环境中进一步验证了该方案的质量。该方案简单、高效，只需要本地数据。该方法不依赖于多相模型，可以很容易地扩展到三维动态接触角测量。
2018-01-22 cond-mat.soft physics.comp-ph
A simple algorithm to implement jump boundary conditions within the lattice Boltzmann method
提出了一种在格子玻尔兹曼方法（LBM）中实现非定常跳跃边界条件的算法。这对于解决涉及通过表现出对传输的阻力的界面或膜的质量或热传递的问题是有用的。该算法是简单的，以实现在现有的LBM为基础的代码，计算扩散和平流的标量场，无论是温度或溶质浓度。解析解恢复数值与可接受的精度的限制情况下的平面膜。该算法适用于移动自由边界和采用任意几何形状时，结合浸入边界法。这是通过模拟控制释放的溶质从一个固定的刚性粒子和从一个移动的可变形粒子。
2018-11-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Growth regimes in three-dimensional phase separation of liquid-vapor systems
本文利用三维格子 Boltzmann 模拟和多组大尺度数据，揭示液-汽等温相分离仅经历指数 1/2 与 2/3 的动力学和惯性生长阶段，并排除指数为 1 的黏性机制。
2024-01-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Wetting boundaries for ternary high density ratio Lattice Boltzmann Method
我们扩展了最近提出的三元自由能晶格玻尔兹曼模型与高密度对比度，将润湿边界在固体壁。这些方法是基于强制和几何方案，与实施优化三元（更一般的高阶多组分）模型。每种方法的优点和缺点都通过进行静态和动态测试来解决，包括取代气相的液体的毛细管填充动力学，以及液滴的训练的自推进运动。此外，我们测量动态角，并表明滑移长度关键取决于平衡值的接触角，以及它是否属于液-液或液-气界面。这些结果验证了模型模拟固体边界附近复杂三元流体动力学问题的能力，例如跌落冲击被润滑层覆盖的固体基底。
2019-04-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Phase separation in fluids exposed to spatially periodic external fields
我们考虑了空间周期性外场中流体的液-汽型相变。对于d=3维的流体，周期性场引起附加相位，其特征在于沿场方向的大密度调制。在三相点，所有三相（调制、蒸气和液体）共存。在略高于三相点的温度和低（高）值的化学势，调制相和蒸汽（液体）之间的两相共存观察。我们用计算机模拟和平均场论对伊辛模型研究了这一现象。理论表明，为了使调制相位出现，场波长必须超过阈值。我们还发现调制相和汽/液相之间的界面张力非常低。张力的量级为每平方晶格间距10^{-4} kB T，其中kB是玻耳兹曼常量，T是温度。为了检测这种低张力，提出了一种新的模拟方法。我们也考虑d=2维的情况。然后调制相位不存在，导致完全不同的相图。
2011-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lattice Boltzmann modeling and simulation of compressible flows
本文综述了本课题组近年来在格子玻尔兹曼（LB）模型和可压缩流动模拟方面的研究进展。主要内容包括：（i）附加粘度的单弛豫时间（SRT）LB模型，（ii）多弛豫时间（MRT）LB模型，（iii）流体动力学不稳定性的LB研究。前两种属于物理建模的改进，第三种属于仿真或应用。SRT-LB模型在保持原有LBGK模型框架的基础上，引入了附加粘性。因此，对于以前的SRT-LB用户来说，它更容易，更方便。MRT-LB是一个全新的物理建模框架。它大大扩展了LB的应用范围。代价是更长的计算时间。所开发的SRT-LB和MRT-LB在方便性和适用性方面具有互补性。
2012-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Corner transport upwind lattice Boltzmann model for bubble cavitation
为了研究静止和剪切流体中的空泡空化问题，引入了一个描述二维（$2D$）流体服从van der Waals状态方程的三阶等温格子Boltzmann（LB）模型.在大正方形格子上（直到$6144 \times 6144$节点），采用角点输运迎风（CTU）数值格式求解了16个速度的非格子模型中分布函数的演化方程。数值粘性和正则化的模型进行了讨论，第一和第二阶CTU计划发现，后者的选择可以获得一个非常准确的相图的非理想流体。在静止的液体中，本模型允许恢复$2D$ Rayleigh-Plesset方程的解决方案，为增长的汽泡。在剪切液体中，我们调查的总气泡面积，气泡变形和气泡倾斜角的演变，为各种值的剪切速率。无因次变形系数$D$和毛细数$Ca$之间的线性关系被发现在小$Ca$，但与平衡液体不同的因素。观察到$Ca \gtrsim 0.2$的非线性状态。
2018-02-05 cond-mat.soft physics.comp-ph
Pinning-depinning mechanism of the contact line during evaporation on chemically patterned surfaces: A lattice Boltzmann study
本文采用具有液-气相变的热多相晶格玻尔兹曼（LB）模型，数值研究了化学条纹图案表面上液滴蒸发过程中接触线的钉扎和脱钉机制。在扩散界面的情况下，局部力平衡被引入到解释的平衡态的化学图案化表面上的液滴。结果表明，当接触线被钉扎在疏水-亲水边界上时，不同的接触角可以解释为每个组分所占据的接触线长度的变化。LB模拟很好地捕捉了化学图案化表面上蒸发液滴的粘滑跳跃行为。特别地，在粘附（钉扎）模式期间清楚地观察到接触线的缓慢移动，这表明在化学条纹图案化表面上的液滴蒸发期间接触线的钉扎实际上是一个动态钉扎过程，并且动态平衡是通过由每个组件占据的接触线的自调节来实现的。此外，它示出，当表面张力随温度而变化时，Marangoni效应对接触线的脱钉有重要影响，这发生在由Marangoni应力引起的力的水平分量（朝向液滴的中心）克服了不平衡的杨氏力朝向外部时。
2016-09-01 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Multiscale method based on coupled lattice-Boltzmann and Langevin-dynamics for direct simulation of nanoscale particle/polymer suspensions in complex flows
发展了一种耦合Lattice-Boltzmann（LB）方法和Langevin-dynamics（LD）方法的混合计算方法，用于模拟同时存在热涨落和长程多体流体动力学相互作用（HI）的纳米颗粒和聚合物（NPP）悬浮体系.在LD方法中，NPP的布朗运动被一个随机强迫项所捕获。LD方法通过离散LB强迫源分布与非波动LB流体双向耦合，以捕获长程HI。为了保证粒子数量的线性可扩展性，提出了一种用于短距离粒子邻居搜索和交互的欧拉-宿主算法，并嵌入到LB-LD框架中. LB-LD方法的有效性和准确性证明通过几个示例问题。仿真结果与理论和实验结果吻合较好。LB-LD方法可以有利地并入复杂的多尺度计算框架中，用于有效地模拟多尺度、多组分颗粒悬浮系统，例如复杂的血液悬浮液。
2019-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Three-Dimensional Lattice Boltzmann Model for High-Speed Compressible Flows
提出了一种适用于高速可压缩流动的高效三维格子Boltzmann（LB）模型。该模型由Kataoka和Tsutahara[Phys. Rev. E 69，056702（2004）]的原始模型发展而来。对流项离散的无振荡，包含无自由参数和耗散（NND）格式，有效地阻尼振荡的间断。为了与粘性动力学理论更加一致并进一步提高数值稳定性，引入了附加耗散项。模型参数的选择，在这样一种方式，冯诺依曼稳定性判据是满意的。新模型的验证著名的基准，（i）黎曼问题，包括与Lax激波管的问题和一个新设计的激波管问题与高马赫数;（ii）冲击波对液滴或气泡的反应。LB的结果和精确的或以前报道的解决方案之间获得良好的协议。该模型能够模拟从亚音速到超音速的流动，并捕捉激波引起的跳跃。
2010-10-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CG
