On the relationship between the diffuse reflection and bounce-back boundary condition in the continuum limit
在这项工作中，我们表明，广泛使用的反弹边界条件是一个不完整的形式的漫反射边界条件在连续极限格子玻尔兹曼模拟。利用这一事实，我们可以迫使漫反射方案工作在其连续极限，使无滑移边界条件可以实现没有任何非物理滑移速度误差所引起的标准反弹方案。通过求解压力驱动的槽道流、盖驱动的空腔流和方柱槽道流，对修正后的边界格式进行了数值验证。
2018-08-30 physics.flu-dyn
Study of the convergence of the Meshless Lattice Boltzmann Method in Taylor-Green and annular channel flows
本文通过Taylor-Green涡流和环形通道流动两个基准测试，研究了无网格格子玻尔兹曼方法的数值收敛性，发现其在相同节点数下误差优于标准格子玻尔兹曼方法，并提出了由LBM误差和半拉格朗日特性相关项组成的MLBM误差表达式。
2023-10-31 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Evaluation of the Finite Element Lattice Boltzmann Method for Binary Fluid Flows
与常用的格子玻尔兹曼方法相比，非格子玻尔兹曼方法将速度离散化与底层空间网格解耦，从而允许复杂边界的更有效的几何表示。目前的工作结合了基于特征的整合的流步骤与自由能为基础的多相模型由李等。[Journal of计算物理，206（1），2005 ]。这允许模拟时间步长大于弛豫时间的数量级。不像以前的工作Wardle et.等人[Computers and Mathematics with Applications，65（2），2013 ]，其将分子间强迫项集成在平流项中，当前方案局部地应用碰撞和强迫项以用于更简单的有限元公式。一系列彻底的基准研究表明，这并不影响稳定性，该计划能够准确地模拟在大密度和粘度对比的流动。
2016-08-05 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann method at finite-Knudsen numbers
介绍了一种改进的格子Boltzmann模型，该模型具有模拟自由流动粒子与固体壁之间的“虚拟”碰撞的随机弛豫机制。这种修改后的计划允许计算平面通道流动满意的协议与分析结果在一个广泛的频谱克努森数，范围从流体动力学制度，一直到准自由流制度高达Kn 30。
2004-11-28 nlin.CD nlin.CG physics.flu-dyn
A consistent and conservative diffuse-domain lattice Boltzmann method for multiphase flows in complex geometries
提出一种基于扩散域的相容且守恒格子玻尔兹曼方法，用于复杂几何中的多相流模拟，无需直接处理不规则边界条件，并通过数值实验验证了其准确性和高效性。
2023-11-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Modeling inertial flows with meshless Lattice Boltzmann Method
本研究将无网格 Lattice Boltzmann Method 应用于惯性流模拟，通过解耦空间与速度离散化，在不增加晶格尺寸的情况下提高 Reynolds 数，并验证了其准确性与效率。
2024-09-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A low-Mach phase field-lattice Boltzmann-finite difference model for reactive gas flows propagating through complex shaped particle assemblies
本研究提出一种低马赫数相场-格子玻尔兹曼-有限差分模型，通过体积平均推导多相守恒方程，耦合OpenPhase与CANTERA模拟复杂颗粒间反应性气体流动，并经数值与实验验证。
2025-09-10 physics.flu-dyn
A second-order volumetric boundary treatment for the lattice Boltzmann method
提出一种基于不连续分段线性投影和精确几何映射的格子玻尔兹曼体积边界处理，实现二阶收敛，提升二维翼型升阻力预测精度。
2025-09-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
High-order lattice Boltzmann models for wall-bounded flows at finite Knudsen numbers
我们分析了大量的高阶离散速度模型求解有限Knudsen数流动的Boltzmann-BGK方程。使用Chapman-Enskog形式主义，我们证明了等温流动的关系，识别低马赫数的解决流态。虽然高阶格子玻尔兹曼模型恢复流态超出了纳维尔-斯托克斯水平，我们观察到几个模型的参考结果显着偏差。我们发现这是由于他们不能准确地恢复麦克斯韦边界条件造成的。通过使用气体-表面相互作用的补充条件，它示出了如何系统地生成离散的速度模型的任何顺序与固有的能力，以满足扩散麦克斯韦边界条件准确。高阶求积和边界条件的精确表示对于获得可靠的结果至关重要。对于Poiffille流，我们可以再现质量流量和滑移速度的克努森数为1。此外，对于小的Knudsen数，Knudsen层的行为恢复。
2015-10-29 physics.flu-dyn
Solving the Boltzmann Equation on GPU
我们展示了如何使用图形处理单元（GPU）加速玻尔兹曼方程的直接解。为了充分利用GPU的计算能力，我们选择了一种方法的解决方案，它结合了有限差分离散化的自由流项的碰撞积分的蒙特卡罗评估。通过求解二维驱动空腔流，验证了程序的有效性。计算结果表明，该方法可以将序列码的计算时间缩短两个数量级。这使得所提出的方法的解决方案的一个可行的替代粒子模拟研究非定常低马赫数流动。
2010-05-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
High-order quadrature-based lattice Boltzmann models for the flow of ultrarelativistic rarefied gases
我们提出了一个系统的程序的相对论晶格玻尔兹曼模型（R-SLB）的建设适用于模拟无质量粒子流。求积规则用于球坐标系中动量空间的离散化。该模型是优化的一维流动。在本文中考虑的应用程序是Sod激波管和一维助推不变的扩展（Bjorken流）。我们的模型进行了测试，在无粘和弹道极限的精确解。在中间弛豫时间（有限粘度），我们使用玻尔兹曼方法的多部分子散射模型的Sod激波管问题，以及与非理想的Bjorken流的半解析解得到的结果进行比较。在所有情况下，我们的模型都给出了非常好的结果。我们定义了一个收敛测试，以找到必要的正交阶，以获得在预定义的精度收敛。我们表明，虽然在流体动力学制度的速度的数量是比较流行的碰撞流型模型所需的，当我们走向弹道制度，速度集的大小必须大大增加，以准确地再现分析配置文件。
2018-09-11 physics.flu-dyn
Implementation of the force term in half-range lattice Boltzmann models
在玻尔兹曼方程的框架中，稀薄气体的壁面边界流动需要在动力学水平上实施边界条件。这样的边界条件导致分布函数中关于与边界垂直的动量分量的不连续性。相对于半范围多项式扩展分布函数允许捕获这种不连续性。文献中只报道了无力流动的这一概念的实现。在一般力的情况下，可以有非零的分量在垂直于墙壁的方向上，力项的实施需要采取的动量空间梯度的一个不连续的功能。我们提出的方法处理这个困难，采用理论的分布。我们验证我们的程序，考虑简单的一维流动之间的漫反射壁的相同或不同的温度驱动的恒定的引力。对于这种流动，与全范围和半范围的高斯-厄米LB模型得到的结果之间的比较。
2017-09-05 physics.flu-dyn
Isotropy and spurious currents in pseudo-potential multiphase lattice Boltzmann models
伪势格子玻尔兹曼（LB）模型的多相流模拟中观察到的寄生电流通常被理解为缺乏各向同性的模型生成的相位之间的相互作用力的结果。已经提出了补救措施，以利用更大的支架来计算具有更高阶各向同性的相互作用力。在这篇简短的文章中，我们指出了当前理解的不完整性，并提出了一种新的一致性实现，以更有效地抑制杂散电流。我们还从理论上证明，某些低级别的寄生电流不能通过增加各向同性消除，如果局部流体静力平衡内的扩散界面没有建立在LB模型。
2019-06-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thread-safe lattice Boltzmann for high-performance computing on GPUs
本文提出基于Hermite投影重构碰撞后分布的线程安全格子玻尔兹曼方法，在GPU上实现二维和三维峰值性能并显著降低数十亿节点模拟的内存占用。
2023-04-13 cs.DC physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulation of viscous fingering of immiscible displacement in a channel using an improved wetting scheme
提出了一种基于格子Boltzmann颜色梯度模型的改进润湿边界实现策略。该方法基于扩散界面假设，在接触线区域引入了一个附加界面力条件。它已被验证了三个基准问题：静态液滴润湿的平面和曲面，和动态毛细管填充。在这三种情况下都表现出良好的业绩。本文在严格验证方案的基础上，重新研究了二维通道中不混溶流体驱替的粘性指进现象。该模型具有粘度比大、接触角范围宽、动接触线精确、表面张力与粘度相互独立等优点。我们发现接触角与位移速度或手指长度的变化呈线性关系。当粘度比小于20时，驱替速度随粘度比的增大而增大，随毛细管数的减小而减小;当粘度比大于20时，驱替速度趋于某一常数。对指长的变化也得到了类似的结论。
2017-07-04 physics.flu-dyn
Lagrangian entropic lattice Boltzmann method for Courant-free supersonic compressible flow simulation
本文提出拉格朗日熵格子Boltzmann方法（LELBM），通过结合正则化中心矩碰撞、双分布函数、拉格朗日声学模板及熵群体重构等技术，突破了传统超音速流的限制，实现了稳定高效的无Courant数显式时间步进模拟，并大幅降低内存需求。
2025-08-09 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann models based on the vielbein formalism for the simulation of flows in curvilinear geometries
本文研究了标准正交Vielbein场的Boltzmann方程的守恒形式。这种形式主义允许使用任意的坐标系来描述空间几何，以及在动量空间中使用适应的坐标系，该动量空间通过使用维尔拜因与物理空间相联系。利用守恒形式，我们推导出的宏观方程的协变张量符号，并表明，流体动力学极限可以通过Chapman-Enskog展开在Bhatnaghar-Gross-Krook（BGK）近似的碰撞项。我们强调，在这种形式主义，垂直于一些弯曲的边界的动量分量可以被隔离为一个单独的动量坐标，半范围高斯-厄米求积可以应用。我们说明了这种形式主义的能力，考虑两个应用程序。第一个是旋转的同轴圆柱体之间的圆形库埃特流，基准数据可用于所有程度的稀疏，从流体动力学弹道制度。第二个应用涉及逐渐扩展的通道中的流动。我们采用有限差分格子Boltzmann模型的基础上的半范围高斯-厄米求积的漫反射，连同五阶WENO和三阶TVD Runge-Kutta数值方法的平流和时间步进，分别实施。
2019-04-01 physics.flu-dyn
Multiphase lattice Boltzmann simulations for porous media applications -- a review
在过去的二十年里，格子玻尔兹曼方法已经成为一种越来越流行的工具来计算复杂几何形状如多孔介质中的流动。除了单相模拟允许，例如，多孔样品的渗透率的精确量化，格子玻尔兹曼方法的一些扩展是可用的，其允许在孔隙尺度水平上研究多相和多组分流动。在这篇文章中，我们给出了一个广泛的概述，这些扩散界面模型，并讨论其优点和缺点。此外，我们很快报告包含固体颗粒的多相流，以及实施细节和优化问题。
2016-02-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Chapman-Enskog Analysis of Finite Volume Lattice Boltzmann Schemes
本文对二维有限体积格子Boltzmann格式进行了系统的分析。离散分布函数时间演化中的一个完整迭代周期被形式化地分为碰撞和传播（流）步骤。考虑到碰撞步骤的质量和动量守恒性质，很明显，有限体积单元的动量变化只是由于传播步骤。详细的传播步骤进行了讨论，为不同的近似方案的有限体积单元格的边界处的通量的评估。此外，一个完整的Chapman-Enskog分析进行允许恢复的纳维-斯托克斯方程。作为这种分析的一个重要结果，晶格玻尔兹曼弛豫时间和流体的运动粘度之间的关系推导出每个近似通量评估方案。特别是，它被发现，常数迎风计划导致一个积极的数值粘性，而中央计划以及线性迎风计划是免费的这个工件。
2014-07-20 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.flu-dyn
Color-gradient lattice Boltzmann modeling of wetting boundary condition on curved solid boundaries
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）；Thoughtworks（思特沃克）
提出一种用于格子玻尔兹曼方法中弯曲固体边界的润湿边界条件，通过更新固体相内虚节点的序参量值，在NVIDIA A100 GPU上验证了模型处理大密度和粘度对比的能力，并与解析解/其他数值工作吻合良好。
2026-05-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Sub-Kolmogorov droplet dynamics in isotropic turbulence using a multiscale lattice Boltzmann scheme
采用格子Boltzmann扩散界面模型研究了各向同性湍流中单个液滴的变形和动力学，该模型考虑了外部湍流的产生，并考虑了边界条件。我们专注于一个小的，子Kolmogorov液滴，其规模是远远小于Kolmogorov长度尺度的湍流。外部流场是通过描述被动示踪剂在各向同性湍流中的轨迹的伪谱模拟数据获得的。通过这种方式，我们将液滴的微观尺度和湍流的宏观尺度结合起来。从这个完全解决的模型得到的结果进行比较，以前的研究亚Kolmogorov液滴的动力学在各向同性湍流，其中的分析模型，假设液滴的形状是一个椭圆体在任何时候，是用来描述液滴变形。我们的研究结果证实，混合伪谱格子玻尔兹曼算法是能够研究液滴变形和破碎的制度远远超出了椭球近似。
2021-12-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann Method for Compressible Navier-Stokes-Fourier Equations
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Institute of Mechanical Process Engineering and Mechanics (MVM)（机械工艺工程与力学研究所）；Institute for Applied and Numerical Mathematics (IANM)（应用与数值数学研究所）
该研究提出一种由符号编译器自动推导的三维可压缩Navier-Stokes-Fourier方程格子玻尔兹曼格式，经精确解与基准数据验证，在超音速Taylor-Green涡模拟中表现优于7种对比求解器。
2026-08-14 cs.MS physics.flu-dyn
The Hidden Second Law of Thermodynamics behind the Boltzmann-Grad Limit
Florida State University（佛罗里达州立大学）
该研究揭示玻尔兹曼-格拉德极限内嵌热力学第二定律，通过分子交换重新解释碰撞算子，解决洛施密特悖论，确立玻尔兹曼方程与牛顿定律的关联。
2026-09-25 physics.flu-dyn
An improved fully one-sided diffuse-interface immersed boundary method with target-value reconstruction for compressible flows
Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, M2P2（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，中央理工学院马赛分校，M2P2）
研究可压缩流中扩散界面浸入边界方法，分析单侧扩展算子使有效边界位移，开发目标值重构策略并纳入FODIBM，结合混合格子玻尔兹曼求解器，降低误差范数，提升边界条件执行效果，实现复杂几何形状可压缩流的准确高效模拟。
2026-07-09 physics.flu-dyn
Adaptive near-contact repulsion in conservative Allen-Cahn phase-field lattice Boltzmann multiphase model
Roma Tre University（罗马第三大学）；Pontifícia Universidade Católica do Paraná（巴拉那天主教大学）；Istituto per le Applicazioni del Calcolo, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会计算应用研究所）；Center for Life Nano- & Neuro-Science, Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学基金会生命纳米与神经科学中心）；PoreLab, Department of Physics, Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学物理系孔隙实验室）
本文提出一种自适应近接触排斥方法，用于解决多相流扩散界面模拟中的薄液膜动力学问题，通过局部排斥流实现抑制虚假合并，保持计算效率和并行计算能力。
2026-08-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulation of separation phenomenon in a binary gaseous flow through a microchannel
二元混合气体的分离是微尺度流动不同于常规尺度流动的特征现象之一。本文采用格子玻尔兹曼方法和扩散-反弹（DBB）边界条件研究了二元混合气体在微通道中的分离。在不同摩尔分数、压力比和努森数下，测量了He-Ar和Ne-Ar系统的分离度和分离速率。结果表明，在相同摩尔分数下，He-Ar混合气体中的分离现象比Ne-Ar混合气体中的分离现象更明显，这是由于He-Ar混合气体中的分子质量比较大所致。此外，压力比的增加减小了两种物质之间的分子速度差，分离现象变得更弱。然而，随着努森数的增加，气体分离增强。这是因为所产生的稀疏效应减少了两种物质的气体分子之间的相互作用，从而增加了分子速度的差异。
2016-03-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Quantum Simulator for Transport Phenomena in Fluid Flows
输运现象仍然是计算物理中最具挑战性的问题之一。通过利用狄拉克和格子玻尔兹曼方程之间的类比，我们开发了一个基于赝自旋玻色子量子系统的量子模拟器，它适用于编码流体动力学输运现象的晶格动力学形式主义。它表明，流和碰撞过程的格子玻尔兹曼动力学可以实现与控制量子操作，使用一个预示的量子协议编码非幺正散射过程。所提出的模拟器适合于在受控量子平台上实现，例如离子阱量子计算机或电路量子电动力学处理器。
2015-08-19 physics.flu-dyn quant-ph
Quantum Algorithm for Lattice Boltzmann (QALB) Simulation of Incompressible Fluids with a Nonlinear Collision Term
本文提出QALB量子算法，利用Kowalski框架和Carleman线性化处理BGK单相不可压缩流体的非线性碰撞项，通过酉算子实现流动与碰撞步骤，并以对数级量子比特数映射玻色子模式，可扩展至多物理场问题。
2023-04-12 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Total-Lagrangian vectorial lattice Boltzmann method for finite-strain hyperelasticity with curved boundaries
University of Exeter（埃克塞特大学）
针对曲线嵌入域上的有限应变超弹性问题，提出一种总拉格朗日矢量格子玻尔兹曼方法，通过逐链接边界处理和兼容性投影解决几何不匹配，在笛卡尔网格上保持显式碰撞-迁移更新。
2026-06-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A comparative study of immersed boundary method and interpolated bounce-back scheme for no-slip boundary treatment in the lattice Boltzmann method: Part II, turbulent flows
在本研究的第一部分中，我们比较了两类无滑移边界处理的性能，即，在一系列的层流模拟中的格子玻尔兹曼方法内插反弹格式和浸没边界方法。在这第二部分中，这些边界处理在具有复杂几何形状的湍流的模拟中被进一步比较，以提供对这些方案的下一级评估。两个非平凡的湍流问题，充分发展的湍流管流在低雷诺数，和衰减的均匀各向同性湍流充满了大量的解决球形颗粒。本研究揭示的浸入边界法的主要问题是它无法计算扩散界面内的局部速度梯度，这可能会导致显着低估耗散率和粘性扩散局部附近的颗粒表面。另外，这两类无滑移边界处理能够提供准确的结果，为大多数的湍流统计在载体和分散相，提供足够的网格分辨率被使用。
2019-06-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A flux bounce-back scheme for the filtered Spectral Element Lattice Boltzmann Method
City College of New York（纽约市立学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本文提出了一种基于谱元方法的格子玻尔兹曼方法，通过通量反弹方案实现复杂边界下的高精度湍流模拟。
2025-12-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Vielbein Lattice Boltzmann approach for fluid flows on spherical surfaces
The Cyprus Institute（塞浦路斯研究所）；Tor Vergata University of Rome（罗马托尔维加塔大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本文提出了一种基于vielbein形式的格子玻尔兹曼方法，用于研究球面上的流体流动，通过投影赫尔米特多项式空间计算几何惯性力，并验证了该方法在声波和剪切波传播以及冲击波压缩流中的有效性。
2025-12-15 math-ph math.MP physics.comp-ph
Coupling lattice Boltzmann model for simulation of thermal flows on standard lattices
本文在双分布函数（DDF）方法的框架下，建立了一个模拟标准D2 Q9晶格上热流的耦合格子Boltzmann（LB）模型，该模型考虑了粘性热耗散和压缩功。在模型中，密度分布函数用于模拟流场，而总能量分布函数用于模拟温度场。离散的平衡密度和总能量分布函数由相应的连续平衡分布函数的Hermite展开式得到。理想气体状态方程给出的压强在宏观动量和能量方程中得到了恢复。动量和能量输运之间的耦合使得该模型适用于一般的热流，如非Boussinesq流，而现有的DDF LB模型的标准晶格通常仅限于Boussinesq流，其中的温度变化很小。同时，保持了DDF LB方法的结构简单和基本优点。该模型进行了测试，通过数值模拟的热库埃特流，衰减驱动的声流，和自然对流在一个正方形腔体的小和大的温差。数值结果被发现是在良好的协议与解析解和/或文献中报道的其他数值结果。
2011-09-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Comparison of free-surface and conservative Allen-Cahn phase-field lattice Boltzmann method
本研究比较了自由表面格子玻尔兹曼方法（FSLBM）与保守的艾伦-卡恩相场格子玻尔兹曼方法（PFLBM）在模拟两相流的能力，其中系统的行为由重相主导。这两种模式进行了介绍，并深入讨论了各自的属性，优点和缺点。用这两种模型模拟了六种数值基准情况，包括（i）驻重力和（ii）毛细波，（iii）液体中的无限制上升气泡，（iv）圆柱形管中的泰勒气泡，以及（v）液滴垂直和（vi）倾斜撞击到液体池中。将模拟结果与文献中的分析模型或实验数据进行比较，得出四个主要结论。首先，所选的PFLBM能够以合理的精度模拟纯粹由表面张力控制的流动。其次，FSLBM，一个尖锐的界面模型，通常需要一个较低的分辨率比PFLBM，扩散界面模型。然而，在驻波的极限情况下，没有观察到这一点。第三，在模拟气泡在液体中的运动时，FSLBM准确地预测了气泡的形状和上升速度，但计算分辨率较低。最后，PFLBM的准确性被发现是敏感的模型的迁移率参数和界面宽度的选择。
2022-11-24 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
