An alternative method for simulating particle suspensions using lattice Boltzmann
在这项研究中，我们提出了另一种方法来模拟粒子悬浮液使用格子玻尔兹曼方法。其主要思想是在位于颗粒边界上的晶格位置施加非滑移边界条件。重点放在格点，而不是他们之间的联系，在更常用的方法中所做的，代表了一个很大的简化算法。该方法的一个完整的描述，除了模拟比较所提出的方法与其他方法，也与实验结果。
2011-05-14 cond-mat.soft physics.comp-ph
Driven cavity flow: from molecular dynamics to continuum hydrodynamics
采用分子动力学（MD）模拟方法研究了无滑移边界条件引起非物理应力发散的盖驱动空腔流动中流体的滑移。MD结果不仅显示了流体滑移的存在，而且验证了Navier滑移边界条件的有效性。为了更好地理解该问题中的流体滑移，基于对Navier边界条件和牛顿应力的MD验证，建立了连续流体动力学模型。我们的模型没有可调参数，因为所有的材料参数（密度，粘度和滑移长度）直接从MD模拟确定。从连续介质计算的稳态速度场与MD模拟的稳态速度场从分子尺度结构到全球流动都是定量一致的。主要发现如下。在移动和固定固体表面相交的拐角附近，存在核心部分滑移区域，其中滑移在移动固体表面处很大，并且从相交处迅速衰减。特别地，该核心区域的结构几乎与系统大小无关。另一方面，对于足够大的系统，出现额外的部分滑移区域，其中滑移以$1/r$变化，其中$r$表示沿着移动固体表面到拐角的距离。这一宽幂律区域的存在与应力的渐近$1/r$变分和Navier边界条件是一致的。
2004-03-06 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
On the effect of surfactant adsorption and viscosity change on apparent slip in hydrophobic microchannels
大量的实验，理论，以及数值计算的努力已经投入到了解微流体装置中的边界滑移的效果。然而，尽管这种装置在科学、医学和工业应用中变得越来越重要，但仍然缺乏对这种现象的令人满意的理解。这是由于研究该问题所需的极其精确的实验以及此类系统中的大量可调参数。在本文中，我们应用最近推出的算法来实现疏水流体壁相互作用的格子玻尔兹曼方法。我们发现一个可能的解释，一些实验观察到的滑移长度取决于流速，这是矛盾的许多理论结果和模拟。我们的解释是，速度依赖滑移可以检测到，如果流动剖面是不完全发展的通道内，但在一个瞬态。此外，我们示出了所测量的滑移长度随着粘度的增加而减小，并展示了在疏水微通道中向流体流动中添加表面活性剂的效果。表面活性剂的加入可以屏蔽疏水壁的排斥势，从而随着表面活性剂浓度的增加而降低滑移量。
2007-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics and Rheology of Polymer Melts via Hierarchical Atomistic, Coarse-grained, and Slip-spring Simulations
提出了一种用于预测高分子量缠结聚合物熔体的动力学和流变学性质的分层（三重尺度）模拟方法。该方法包括原子，中等粗粒度（mCG），和高度粗粒度的滑簧（SLSP）模拟。在mCG水平上，一些化学键合的原子被集中到一个粗晶粒中。在这个层次上，原子系统的化学身份和链间拓扑约束（纠缠）被保留。通过迭代玻尔兹曼反演，将mCG模型的局部结构分布与原子模型的局部结构分布相匹配，得到mCG势。为了匹配mCG和原子动力学，mCG时间由时间缩放因子缩放，其补偿mCG模型的单体摩擦系数低于原子模型的单体摩擦系数。在SLSP水平上，聚合物链的多个Kuhn链段由一个粗粒珠表示。珠粒之间非常软的非键合相互作用不能防止链交叉，因此不能捕获缠结。拓扑约束由滑动弹簧表示。在SLSP模型中使用了一个补偿对势，以保持大分子的静态性质在引入滑簧后不变。在此基础上，确定了SLSP模型的静态和动态参数。特别是，匹配的方向自相关的端到端的矢量，我们确定的滑簧的数量和校准的时间尺度的SLSP模型。作为测试案例，在413 K下将分级方法应用于$cis$-1，4-聚丁二烯（cPB）。cPB熔体的动力学性质的计算范围很广的分子量。计算结果进行了比较，发现在良好的协议，与文献中的实验数据。
2021-01-22 cond-mat.soft
A unified operator splitting approach for multi-scale fluid-particle coupling in the lattice Boltzmann method
本文提出了一个统一的框架来导出用于耦合浸没固体和弹性物体到格子玻尔兹曼方法的离散时间推进格式。基于离散Boltzmann方程的算子分裂，推导了浸入边界法、粘性力耦合和外部边界力的二阶时间精度格式。此外，一个修改后的配方的外部边界力的介绍，导致更准确的无滑移边界条件。推导还表明，耦合方法可以统一为一种形式，浸入边界法可以解释为力耦合对消失质点质量的限制。在实践中，流体和颗粒质量之间的比率决定了耦合中力传递的强度。积分方案正式提高了一阶算法的精度，通常采用时耦合浸没的对象的格子玻尔兹曼流体。预计它们还将在模拟具有多个尺度的复杂流体时具有优异的长期稳定性。
2014-06-09 cond-mat.soft physics.comp-ph
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
Cytoplasmic streaming in plant cells: the role of wall slip
我们提出了一个计算机模拟研究，通过格子玻尔兹曼模拟，细胞质流在藻类细胞，如那些轮藻的微观模型。我们将肌球蛋白马达沿着肌动蛋白通道跟踪建模为沿着固定线进行定向运动的球体。球体尺寸考虑到电机拖动囊泡或其他细胞器的事实，并且，与以前的工作不同，我们建模的边界靠近电机移动作为一个有限的滑移层的墙壁。通过使用现实的参数值肌动蛋白泳道和肌球蛋白密度，以及内质和液泡的粘度和滑层靠近壁，我们发现，这种简化的视图，它不依赖于任何电机，细胞质和液泡之间的耦合比由粘性斯托克斯流提供的其他，是足以占观察到的幅度的流动速度在活植物细胞的细胞内液。
2012-02-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Random-roughness hydrodynamic boundary conditions
我们报告的晶格玻尔兹曼模拟的结果之间的光滑的球体和随机粗糙的平面挤压的液体膜的高速排水。与两个光滑表面的预测相比，流体动力学阻力显着减少。然而，这种力的减小并不代表滑动。计算的力是完全相同的等效光滑表面之间遵守无滑移边界条件，但位于峰和谷的凸体之间的中间位置。流体动力学厚度的变化取决于粗糙元素的高度和密度。我们的结果不支持以前的一些实验结论非常大的和剪切相关的边界滑移类似的系统。
2010-06-07 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
A lattice Boltzmann method for thin liquid film hydrodynamics
基于格子玻尔兹曼方法，提出了一种新的薄膜流动数值模拟方法。我们概述了该方法的基本特点，显示在预期的薄膜方程恢复的限制，并进行验证测试。数值方案适用于粘性Rayleigh-Taylor不稳定性的薄膜和蔓延的座滴向其平衡接触角配置。我们表明，Cox-Voinov定律是满意的，并正确捕获的效果，可调滑移长度的基板上。然后，我们解决的问题，液滴在斜面上滑动，发现毛细管数与邦德数成线性比例，与实验结果一致。最后，我们展示了该方法处理异质和复杂系统的能力，通过展示控制去湿的薄膜上的化学结构的基板。
2019-08-30 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Lattice Boltzmann Model for Squirmers
蠕动体是一种简单而有指导意义的微型游泳者模型，它采用球形游泳者表面的有效滑动速度来描述其自推进。我们用格子Boltzmann（LB）方法解决流体动力学问题，该方法非常适合于涉及复杂边界条件的时间依赖性问题。将蠕动体转化为LB是相对直接的，但是需要出乎意料的精细网格分辨率来准确地捕获物理流场和行为。我们证明了这一点，使用四个基本的流体动力学测试：两个远场流-准确的流体动力学力矩和蠕动蠕动的相互作用-和两个需要近场准确地解决-一个蠕动局限于一个管和一个散射的球形障碍物-LB是能够做到的网格分辨率。我们发现很好的协议（数值）使用其他流体动力学求解器在相同的几何形状得到的结果，并确定一个最低要求的分辨率，以实现这一再现。我们讨论了我们的算法的背景下，其他流体动力学求解器，并提出了其应用前景多蠕动问题。
2019-03-31 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
Lattice-Boltzmann Simulations of Microswimmer-Tracer Interactions
流体动力学的相互作用，在系统中的自推进粒子，如游泳的微生物，和被动示踪剂有显着影响的示踪剂动力学相比，相当于“干”的样品。然而，由于其计算成本，这种相互作用通常难以在模拟中考虑。在这里，我们使用基于有效的力/反力的晶格-玻尔兹曼（LB）算法[J. de Graaf~ \textit{et al.}，J. Chem. Phys.~ \textbf{144}，134106（2016）]，以验证其捕获相关低雷诺数物理的能力。我们表明，LB算法再现远场的理论结果以及，无论是在一个系统中的周期性边界条件和在一个球形腔无滑壁，我们在这里推导出表达式。LB算法的力-晶格耦合导致流场的“涂抹”，这强烈地干扰了示踪剂轨迹在密切的游泳者示踪剂分离，我们分析了如何使用一个简单的重整化流体动力学理论可以准确地捕捉到这种效果。最后，我们表明，使用LB算法来模拟系统的自推进粒子时，必须小心，因为其有限的动量传输时间可能会导致显着偏离理论预测的基础上斯托克斯流。这些见解应证明相关的未来研究的大规模microswimmer悬浮液使用这些方法。
2017-05-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
An enthalpy-based multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method for solid-liquid phase change heat transfer in metal foams
采用多重弛豫时间格子Boltzmann方法研究了局部热非平衡条件下泡沫金属固液相变传热问题。MRT-LB方法由三种不同的MRT-LB模型组成：一种是基于广义非达西模型的流场模型，另两种是基于LTNE模型的相变材料（PCM）和泡沫金属温度场模型。通过求解相变材料和泡沫金属的能量方程同时得到液相分数，隐式跟踪了移动的固-液相界面。本方法有几个显著的特点。首先，与以往的研究相比，本文方法避免了迭代过程，保留了标准LB方法的固有优点，在精度和计算效率方面优于迭代方法。其次，采用体积LB格式代替反弹格式，实现了界面区和固相区的无滑移速度条件，这与实际情况是一致的。最后，采用MRT碰撞模型，通过增加自由度，可以有效地减少固液相变引起的跨相界面的数值扩散。数值试验表明，该方法可以作为研究泡沫金属强化固液相变储潜热传热的一种准确、有效的数值工具。最后，通过比较和讨论，为该方法的实际应用提供了有益的信息。
2017-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Simulation of fluid flow in hydrophobic rough microchannels
表面效应在微流体设置中变得重要，因为表面与体积的比率变大。在这样的设置中，与系统的长度尺度相比，表面粗糙度不再小，并且壁的润湿特性对流动具有重要影响。然而，关于表面粗糙度和疏水流体-表面相互作用的相互作用的知识仍然非常有限，因为这些性质在实验中不能容易地解耦。我们调查的问题，通过晶格玻尔兹曼（LB）模拟粗糙的微通道与可调的流体壁相互作用。我们引入了一个“有效的无滑移平面”在峰和谷的表面之间的中间位置，并观察如何的壁的位置可能会改变由于表面粗糙度和疏水相互作用。我们发现，在高斯分布粗糙度的情况下，有效壁的位置线性地依赖于分布的宽度。此外，我们能够表明，粗糙度创建一个非线性效应的滑移长度的疏水边界。
2008-02-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Unravel the rotational and translational behavior of a single squirmer in flexible polymer solutions at different Reynolds numbers
本研究通过格子玻尔兹曼模拟，探究不同雷诺数下柔性聚合物溶液中squirmer的运动特性，揭示了泳体-聚合物相互作用对其旋转增强与平动衰减的影响机制，为理解复杂流体中微生物行为提供了理论依据。
2025-03-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
