Lattice Boltzmann methods for simulating non-Newtonian fluids: A comprehensive review
本文综述了用于模拟非牛顿流体的格子Boltzmann方法，涵盖剪切依赖粘度、粘塑性和粘弹性等特性，并讨论了其应用与未来发展方向。
2026-01-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann modeling of wall-bounded ternary fluid flows
本文在格子玻尔兹曼方法的框架下，提出了一种描述三元流体与固体相互作用的润湿边界格式。这种用于三相流体的方案可以保持两相情况下的还原一致性，从而可以给出物理相关的结果。将该润湿边界格式与基于多组分相场论的格子Boltzmann（LB）三元流体模型相结合，模拟了含固体基底的三元流体流动问题，包括二元液滴在基底上的铺展、复合液滴在基底上的铺展以及复合液滴在基底上的剪切。数值结果与解析解或已有结果吻合较好。最后，作为一个应用，我们使用LB模型与本润湿边界方案耦合数值研究复合液滴对固体圆柱的影响。结果表明，固体表面的润湿性和无量纲韦伯数对复合液滴的动力学行为有显著影响。
2017-10-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fluid Structure Interaction modelling using Lattice Boltzmann and Volume Penalization method
本文提出了一种将体积惩罚法（VP）和格子玻尔兹曼方法（LBM）相结合的方法来计算包含刚体的流固耦合问题。该方法包括在LBM公式中加入一个力项，从而将刚体视为类似于特定的多孔介质。使用的固体域的特征函数避免了昂贵的跟踪流固界面通常采用LBM处理流固耦合问题。该方法适用于三个FSI问题，并使用图形处理器单元（GPU）设备解决。的应用程序集中在能力的方法来计算阻力和升力系数的各种情况下：施加位移的圆柱体，颗粒沉降在一个非常低的雷诺数和涡激振动的圆柱体在横向流体流动。对于所有的情况下，VP-LBM方法产生的结果是在一个很好的协议与文献。
2021-06-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Comment on "Velocity slip coefficients based on the hard-sphere Boltzmann equation" [Phys. Fluids 24, 022001 (2012)]
我们对Livio Gibelli在Phys.Fluids 24，022001（2012）上发表的“基于硬球玻尔兹曼方程的速度滑移系数”进行了评论。
2012-04-06 physics.flu-dyn
Finite Volume $vs.$ Streaming-based Lattice Boltzmann algorithm for fluid-dynamics simulations: a one-to-one accuracy and performance study
提出了一种新的格子Boltzmann方程的有限体积（FV）离散方法，该方法结合了高精度和有限的计算量。为了评估的FV方法的性能，我们进行了系统的比较，专注于精度和计算性能，与标准的$streaming$（ST）格子玻尔兹曼方程算法。据我们所知，这种系统的比较以前从未报道过。特别是，我们的目的是澄清是否以及在何种条件下，所提出的算法，更一般地说，任何FV算法，可以作为选择的方法，在流体动力学LB模拟。因此，比较分析进一步扩展到现实流动的情况，特别是湍流条件下的热驱动流动。我们报告的第一个成功的模拟高瑞利数对流进行的格子玻尔兹曼FV为基础的算法与壁网格细化。
2016-02-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Molecular dynamics perspectives on nonideal fluid models for the lattice Boltzmann method
Tufts University（塔夫茨大学）；North Dakota State University（北达科他州立大学）
通过分子动力学模拟验证非理想流体介观模型，发现混合伪势与自由能方法的力公式最一致，为格子玻尔兹曼模型选择提供指导。
2026-06-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Enhanced computational performance of the lattice Boltzmann model for simulating micron- and submicron-size particle flows and non-Newtonian fluid flows
格子玻尔兹曼（LB）模型，在FORTRAN 90编码的计算性能的显着改善，通过应用增强技术实现。应用的技术包括阵列存储器布局的优化、数据结构简化、模拟线程外的随机数生成、通过OpenMP的代码并行化以及时间步内和时间步间任务流水线。这些优化技术的有效性进行了测量上的三个基准问题：（i）瞬态流动的多个粒子在牛顿流体中的非均质裂缝多孔域，（ii）在亚微米尺度的流体的热波动和所产生的布朗运动的颗粒，和（iii）非牛顿流体流动的光滑壁通道。上述优化技术的应用导致平均21的性能改进，这可以显着提高LB模型在不同应用中的实际用途，重点关注非牛顿流体中纳米尺寸或微米尺寸颗粒的命运和运输。
2020-06-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Study of fluid displacement in 3D porous media with an improved multi-component pseudopotential lattice Boltzmann method
将最近发展起来的一种改进的多分量赝势格子玻尔兹曼方法推广到三维，并分析了它在模拟真实多孔介质流动中的适用性。该模型的验证和特点，通过基准，我们研究其性能，通过模拟不混溶流体在三维几何形状的位移。被认为是两个样本，即，一包球数值获得，和Bentheimer砂岩岩石样品实验获得。我们表明，与此模型，它是可能的，以模拟现实的粘度比，调整表面张力独立，最重要的是，以保持被困流体的体积。我们还评估了该模型在图形处理单元（GPU）上的计算性能，并提到了实现的优化，以提高计算速度，减少内存需求。
2022-10-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann based discrete simulation for gas-solid fluidization
离散粒子模拟是计算流体动力学与离散方法如离散元法（DEM）、直接模拟蒙特卡罗（DSMC）、光滑粒子流体动力学（SPH）、粒子模拟（PIC）等相结合的方法，随着并行计算技术的发展，气固两相流的数值模拟正逐渐成为研究实验室规模气固体系的一种实用工具。然而，气固耦合和相应的流体流动求解器仍然不成熟。在这项工作中，我们提出了一个修改的格子Boltzmann方法来考虑局部固体体积分数和颗粒与流体之间的局部相对速度的影响，这是不同于传统的体积平均的纳维-斯托克斯方程。结合时间驱动的硬球算法来模拟单个粒子的运动，粒子之间通过硬球碰撞相互作用，碰撞检测和粒子的运动以固定的时间间隔进行。将EMMS（能量最小化多尺度）阻力与基于格子Boltzmann的离散粒子模拟相结合，以提高计算精度。用该方法模拟了两种典型的流化过程，即初始流化时的单气泡喷射和快速流化床提升管中的颗粒聚团，模拟结果与已发表的关联式和实验数据吻合较好。该方法的能力，以捕捉更详细的和内在的特性的颗粒流体系统的证明。该方法也可以直接用于其他固相求解器。
2013-06-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Large-scale grid-enabled lattice-Boltzmann simulations of complex fluid flow in porous media and under shear
精心设计的格子玻尔兹曼代码利用了算法的并行特性，因此可以在现代超级计算机上以相当高的效率运行。这种可扩展的代码使我们能够模拟越来越多的复杂凝聚态系统的行为。在本文中，我们提出了一些初步的结果上的大规模三维格子Boltzmann模拟的二元不混溶流体流动通过一个多孔介质来自数字化的X射线显微层析数据Bentheimer砂岩，并从研究相同的流体剪切。在这种规模上的模拟可以大大受益于使用计算转向，我们描述了我们的实施转向内的格子玻尔兹曼代码，称为LB3D，利用RealityGrid转向库。我们的大规模模拟受益于能力计算的新概念，旨在优先执行主要超级计算资源上的大型作业。持久的计算网格的出现，承诺提供一个最佳的环境中，部署这些中尺度模拟方法，它可以利用分布式计算，可视化和存储资源，以达到科学的结果迅速，我们讨论了我们的工作网格启用格子玻尔兹曼方法在这种情况下。
2004-01-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Coupling fully resolved light particles with the Lattice Boltzmann method on adaptively refined grids
流体中几何分辨刚性粒子的模拟依赖于耦合算法来在粒子和流体之间双向传递动量。本文采用并行格子玻尔兹曼方法模拟流体流动，并采用自适应网格加密提高数值效率。用动量交换法实现了与粒子的耦合。当以普通形式实现时，当颗粒比流体轻时，耦合中可能出现不稳定性。该算法可以稳定与虚拟质量校正专门开发的格子玻尔兹曼方法。该方法进行了分析，为广泛的物理相关制度，独立变化的身体流体的密度比和惯性和粘性效应的相对大小。这些研究的一个单一的上升粒子表现出周期性制度的粒子运动以及混沌行为，如以前在文献中报道的。新方法进行了仔细比较，与现有的实验和数值计算结果。这有助于验证所提出的新的耦合格子玻尔兹曼方法，此外，它导致新的物理见解的一些参数设置。
2021-03-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fluid flow around NACA 0012 airfoil at low-Reynolds numbers with hybrid lattice Boltzmann method
本文采用混合格子玻尔兹曼方法（HLBM）对美国国家航空咨询委员会（NACA）0012翼型的二维绕流进行了数值模拟。该研究的目的是评估的数值性能和计算方法的鲁棒性。为此，在提供了一个收敛性研究，以估计该方法的整体精度后，我们分析了在雷诺数等于$10^3$的迎角的不同值的数值解。随后，计算了零迎角布局雷诺数达到$10^4$时的流场。一个网格加密方案被应用到重叠网格系统的均匀间隔的组件，以进一步提高模型的数值效率。结果表明，HLBM的能力，以实现高精度附近的固体弯曲壁，从而提供了一个可行的替代领域的非格子玻尔兹曼方法的基础上贴体网格。
2020-06-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Prediction of three-phase relative permeabilities of Berea sandstone using lattice Boltzmann method
对临界界面张力条件下的伯里亚砂岩孔隙网络中的三相渗流进行了数值研究。结果表明，每种流体的相对渗透率随其饱和度的增大而增大。润湿性流体与非润湿性流体的比界面长度随中间润湿性流体饱和度的增加而单调减小，而其它两种比界面长度则呈现非单调变化。随着润湿（非润湿）流体润湿性变差（非润湿），润湿流体的相对渗透率单调增加，而其它两种相对渗透率呈现非单调趋势。由于扩展层的存在，润湿和非润湿流体之间的比界面长度总是稳定在一个低水平。随着润湿（非润湿）流体与中间润湿流体的粘度比增加，润湿（非润湿）流体的相对渗透率增加。随着粘度比偏离1，相界面变得越来越不稳定，导致比界面长度增加。
2021-03-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The computational complexity of traditional Lattice-Boltzmann methods for incompressible fluids
众所周知，在流体动力学中，所谓的\emph{particle simulation methods}提供了对常规直接求解方法（基于流场的离散化）的替代。粒子模拟方法典型地依赖于用于流体方程的适当的\emph{kinetic models}，其允许根据动力学分布函数$f(\mathbf{r,v},t),$的适当期望值（或\emph{momenta}）来评估流体场，所述动力学分布函数分别是$\mathbf{r}$和\textbf {\} $\mathbf{v}$是具有概率密度$f(\mathbf{r,v},t)$的测试粒子的位置和速度。这些动力学模型在相空间中可以是连续的或离散的，分别产生流体的\emph{continuous}或\emph{discrete kinetic models}。然而，粒子模拟方法也可能由于不期望的计算复杂性而有偏差。特别是，一个基本问题是估计基于传统LBM的数值模拟的算法复杂性（格子玻尔兹曼方法;综述参见Suci，2001 \cite{Succi}）。这些方法，基于离散动力学的方法，目前是一个有趣的替代直接解决方案的方法。在这里，我们打算证明，对于不可压缩的流体流体LBM的可能会提出一个高的复杂性。调查的目的是提出一个详细的说明，在习惯LBM的出现的各种复杂性来源的起源。研究结果对提高现有数值方法的数值效率具有一定的指导意义。
2008-06-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Simulation of static critical phenomena in non-ideal fluids with the Lattice Boltzmann method
用格子玻尔兹曼方法模拟了波动非理想流体在临界点的运动.它表明，该方法，采用金-朗道自由能泛函，正确地再现了静态的临界行为与伊辛普适类。应用有限尺寸标度分析确定与序参量、压缩性和比热相关的临界指数。一个特别的重点是把有限大小的影响和相关的问题的整体守恒的顺序参数。
2012-07-02 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Two-fluid kinetic theory for dilute polymer solutions
我们提供了一个Boltzmann型动力学描述的基础上，两流体理论的稀聚合物溶液。这种玻尔兹曼型描述使用基于准平衡的弛豫机制来模拟聚合物哑铃和溶剂分子之间的碰撞。该模型再现了所需的宏观方程的聚合物-溶剂混合物。建议的动力学计划导致一个数值算法，这是沿线的格子玻尔兹曼方法。最后，该算法被应用到描述扰动Kolmogorov流剖面的演变，从而我们恢复的聚合物溶液所表现出的主要弹性效应，具体地说，抑制原来的惯性不稳定性。
2022-01-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Cascaded Lattice Boltzmann Modeling and Simulations of Three-Dimensional Non-Newtonian Fluid Flows
非牛顿流体流动，特别是三维（3D）的非牛顿流体流动，出现在物理学感兴趣的许多环境中。以前的研究，使用格子玻尔兹曼方法（LBM）的这种流动到目前为止，主要局限于两个维度，并使用不太强大的碰撞模型。在本文中，我们开发了一个新的三维级联LBM的基础上，中心矩和多重弛豫时间的三维，十九速度（D3Q19）格子模拟广义牛顿（幂律）流体流动。二阶矩的弛豫时间根据局部剪切速率局部变化，并由幂律流体的非线性本构关系的一致性系数和幂律指数参数化。数值验证研究的三维级联LBM的各种基准问题，包括复杂的三维非牛顿流在立方腔在不同的雷诺数和幂律指数的大小，包括剪切变稀和剪切增稠流体，提出。此外，所提出的改进的LBM格式与基于其他碰撞模型的LBM，如SRT模型和MRT模型基于原始矩的数值稳定性进行了比较。数值结果表明，三维级联LBM的精度，二阶网格收敛性和显着改善的稳定性，用于模拟三维非牛顿幂律流体的流动。
2021-01-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Coupled Metaball Discrete Element Lattice Boltzmann Method for Fluid-Particle Systems with non-spherical particle shapes: A sharp interface coupling scheme
流体-颗粒系统在许多自然过程和工程应用中非常常见。然而，准确和有效地模拟具有复杂颗粒形状的流体颗粒系统仍然是一项具有挑战性的任务。在这里，我们提出了一个数值模型，结合了格子玻尔兹曼方法（LBM）在解决复杂的流动问题和最近推出的Metaball离散元方法（MDEM）在处理非球形颗粒形状的能力的优势。发展了一种锐界面耦合格式，并对由于界面不连续而引起的数值不稳定性问题进行了仔细的研究。提出了一种新流体节点的局部填充算法，并引入了特殊的处理方法来减少两个粒子接近时的数值噪声。该模型通过模拟单个球体（用元球表示）和非球形颗粒在粘性流体中的沉降进行了验证。与实验结果进行比较，发现良好的协议也在这项研究中进行的模拟。多粒子模拟的耦合方案也进行了测试，清楚地说明了所提出的模型的稳定性。最后，通过复杂颗粒形状的数值算例，验证了该模型的有效性，为今后的河床形状诱导离析、浓悬浮体的相变等研究提供了有力的工具。
2022-06-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Galilean Invariant Fluid-Solid Interfacial Dynamics in Lattice Boltzmann Simulations
伽利略不变性是一个基本性质;然而，尽管格子玻尔兹曼方程本身是伽利略不变性，但在处理流体-固体界面时通常不考虑这个性质。在这里，我们表明，在流固界面动力学的伽利略不变性的考虑可以大大提高数值模拟的计算精度和鲁棒性。令人惊讶的是，模拟得到了极大的改进，力的波动非常小，时间平均变得不必要。
2013-03-04 physics.flu-dyn
Quantum Carleman Lattice Boltzmann Simulation of Fluids
我们提出了一个教学介绍的量子计算算法的经典流体的模拟，基于Carleman线性化的第二个量子化版本的晶格动力学理论。对流体湍流的情况下的前景和局限性进行了讨论和评论。
2023-01-13 physics.flu-dyn quant-ph
Fluid-Structure Interaction with the Entropic Lattice Boltzmann Method
我们提出了一种新的流体-结构相互作用（FSI）计划，使用熵多弛豫时间格子玻尔兹曼（KBC）模型的流体域结合非线性有限元求解器的结构部分。通过与文献数据的比较，我们证明了所提出的方案对于各种具有挑战性的设置的有效性。除了验证，我们扩展了KBC模型的多相流和耦合有限元求解器。通过模拟液滴对弹性超疏水表面的冲击，证明了熵多弛豫时间模型在复杂流固耦合应用中的鲁棒性和可行性。
2017-10-06 physics.flu-dyn
From the Boltzmann equation to fluid mechanics on a manifold
我们应用Chapman-Enskog程序推导流体动力学方程的任意表面上的玻尔兹曼方程的表面。
2012-08-27 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann for non-ideal fluids: Fundamentals and Practice
这一贡献提出了一个全面的概述格子玻尔兹曼模型的非理想流体，涵盖了在动力学和宏观层面上的理论概念和更实际的讨论数值性质。在这种情况下，理想气体的动力学理论的要素提出和讨论的长度。然后详细讨论了理想气体的格子玻尔兹曼方法从离散到伽利略不变性问题和不同的碰撞模型以及它们对流体动力学水平上的稳定性和一致性的影响。扩展到非理想流体，然后介绍了在气体的动力学理论的上下文中，随着相应的热力学在宏观层面上，即范德华流体，然后由不同的晶格玻尔兹曼为基础的模型的概述非理想流体。在深入讨论了不同的知名问题和工件和相应的解决方案后，文章最后简要讨论了文献中提出的这些模型和扩展的最新应用，对非等温和多组分流动。
2023-01-05 physics.flu-dyn
A lattice Boltzmann method for binary fluids based on mass-conserved quasi-incompressible phase-field theory
在本文中，基于准不可压缩相场模型[J.Shen et al，Comm.Comp.Phys.13，1045（2013）]，提出了用于二元流体的晶格玻尔兹曼方程（LBE）模型。与其他基于不可压相场论的不可压LBE模型相比，准不可压模型具有局部质量守恒的特点。通过一系列数值模拟验证了该模型的有效性，并与不可压LBE模型[H. Liang等人，Phys.Rev.E89，053320（2014）]。结果表明，该模型能准确地跟踪界面，在化学势分布均匀的情况下，准不可压模型和不可压模型的预测结果定性一致，在化学势分布不均匀的情况下，两者的预测结果相差较大。
2015-10-14 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann Study of Velocity Behaviour in Binary Mixtures Under Shear
本文应用格子玻尔兹曼方法研究了剪切作用下双组分流体中速度剖面在旋节线分解过程中的弛豫。在简单流体中，当剪切流施加在系统的边界上时，获得三角形轮廓所需的时间与粘度成反比，与系统尺寸的平方成正比。我们发现，同样的行为也发生在二元混合物，在混合物中的任何组分比，并独立于剪切流时，在相分离过程中打开的时间。
2003-03-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Knotted Vortices: Entropic Lattice Boltzmann Method for Vortex Dynamics
这段流体动力学视频展示了真实流体中的“打结”漩涡。
2013-10-15 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann method for fluid-structure interaction in compressible flow
我们提出了一个双向耦合流固耦合方案的刚体使用两个人口格子玻尔兹曼制定可压缩流。任意拉格朗日-欧拉公式的离散玻尔兹曼方程的贴体网格上使用的组合与多项式混合函数。混合函数方法局部化网格变形，并允许以最小的计算开销处理多个移动体。通过单柱和串联柱涡激振动的算例验证了该模型的正确性，表明该模型能够准确地描述这些系统的动力学行为。最后，在完全可压缩的制度，我们表明，该模型准确地捕捉复杂的现象，如跨音速颤振翼型。
2021-07-03 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulation of deformable fluid-filled bodies: progress and perspectives
本文综述了晶格玻尔兹曼方法模拟可变形充液体（如液滴）的进展，将方法分为流体-结构和流体-流体两类，并讨论了基准测试以验证模型。
2024-03-15 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Towards a consistent lattice Boltzmann model for two-phase fluid
我们提出了一个单组分非理想等温流动的动力学框架。从非理想流体的动力学模型出发，我们证明了在常规标度下，具有非理想状态方程的纳维-斯托克斯方程在流体动力学极限下是可恢复的。然后引入了基于速度增量小的缩放，其恢复完整的Navier-Stokes-Korteweg方程。所提出的模型是实现在一个标准的晶格和各种基准验证。通过对共存密度、表面张力、Tolman长度和声速等热力学性质的详细研究，证明了模型的热力学一致性、适定性和收敛性.此外，流体动力学的一致性证明了伽利略不变性的耗散率的剪切和正常模式和研究的粘性毛细耦合效应。最后，该模型进行了验证，在三维的动态测试情况下，具有复杂的几何形状和大的密度比，如下降的纹理表面和汞滴聚结的影响。
2021-12-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Asymptotic analysis of the lattice Boltzmann method for generalized Newtonian fluid flows
本文对广义牛顿流体在D2 Q9格点上的两种不同BGK型碰撞机制下的格子玻尔兹曼方法进行了详细的渐近分析。与基于Chapman-Enskog展开导出的可压缩纳维-斯托克斯方程不同，我们的分析直接给出了不可压缩的Navier-Stokes方程，并揭示了格子Boltzmann解的某些重要特征.此外，我们的分析提供了一个理论基础，使用迭代计算的应变率张量，这是特别有意义的广义牛顿流体。作为一个副产品，一个看似新的结构条件的广义牛顿流体被挑出来。该条件读作“应力张量的大小随着剪切速率的增加而增加”。我们验证这个条件的所有现有的本构关系，这是我们已知的。此外，它可以直接将我们的分析扩展到MRT模型或三维晶格。
2013-09-30 physics.flu-dyn
A comparative study of fluid-particle coupling methods for fully resolved lattice Boltzmann simulations
颗粒系统的直接数值模拟提供了一种独特的方法来研究流体-固体悬浮液的动力学，完全解决了淹没的颗粒，而无需引入经验模型。对于格子玻尔兹曼方法，存在不同的变体以将流体-粒子相互作用纳入模拟中。本文对两种不同的方法，即动量交换法和Noble和Torczynski的部分饱和单元法进行了详细和系统的比较。每种方法的三个子变量中使用的基准场景中的一个单一的重球沉降在周围的流体中，研究其特性和精度的颗粒雷诺数从185到365。球体必须用每个直径至少24个计算单元来分辨，以实现低于5%的速度误差。动量交换法被发现是更准确地预测流向的速度分量，而部分饱和细胞的方法是更准确的展向分量。研究表明，分辨率的选择应考虑耦合动力学，而不仅仅是基于流动特性，以避免流体-颗粒相互作用中的大误差。
2017-02-16 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical simulation of blood with fluid-structure interactions using the lattice-Boltzmann method
这里介绍的流体动力学视频概述了多相细胞血流模拟的最新进展，通过直接数值模拟变形红细胞（RBC）通过几个数值实验证明。视频显示了各种数值模拟中的红细胞变形，红细胞悬浮液在剪切中的相对粘度，以及血液Hagen-Poiffille流的细胞耗尽壁层。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Multicomponent Flow on Curved Surfaces: A Vielbein Lattice Boltzmann Approach
我们开发并实现了一种新的格子Boltzmann格式来研究曲面上的多组分流动，将连续性和纳维-斯托克斯方程与Cahn-Hilliard方程耦合来跟踪二元流体界面的演化。标准的格子玻尔兹曼方法依赖于规则的笛卡尔网格，这使得它通常不适合研究曲面上的流动问题。为了减轻这种限制，我们使用一个vielbein形式主义写下玻尔兹曼方程的任意几何形状，并解决了流体分布函数的演化使用有限差分方法。作为曲面的一个例子，我们专注于环面几何形状，展示了嵌入在环面表面上的流体液滴和条纹的漂移运动。有趣的是，它们在相反的方向上迁移：流体液滴到外侧，而流体条纹到环面的内侧。对于后者，我们证明了全球最小配置是唯一的小条纹宽度，但它成为大条纹宽度的。我们的模拟也与拉普拉斯压力的流体条纹的分析预测，以及它们的阻尼振荡运动，因为它们接近平衡配置，捕获相应的衰减时间尺度和振荡频率。最后，我们模拟的流体动力学和扩散制度的各种形状的环面的相分离的二元流体的粗化动力学，并比较结果对一个平坦的二维表面。我们的格子玻尔兹曼方案可以扩展到其他表面，并耦合到其他动力学方程，开辟了广泛的应用，涉及复杂的流动曲线几何形状。
2019-04-22 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
An improved multicomponent pseudopotential lattice Boltzmann method for immiscible fluid displacement in porous media
多孔介质中的不混溶流体驱替发生在几种自然和工业过程中。例如，在从多孔岩石储层中提取石油的过程中，使用水来驱替石油。本文采用基于多分量赝势格子玻尔兹曼方法的改进数值模型，研究了非均匀多孔介质中的一次排水和自吸现象。我们从文献中应用最近的发展，并开发新的压力边界条件。我们表明，该模型是能够模拟现实的粘度比，它允许独立的调整表面张力从粘度。此外，该模型抑制了以前的计划，其中捕获的流体体积随时间显着变化的非物理行为。此外，我们表明，开发的模型正确地捕捉到流体位移的基本物理现象。我们模拟了油水流动，并验证了束缚水和残余油饱和度的实测值是现实的。最后，我们改变多孔介质的润湿条件来表示不同的润湿状态。对于不同的情况下，我们表明，模拟与实验结果吻合良好。
2022-02-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Langevin theory of fluctuations in the discrete Boltzmann equation
理想和非理想流体的离散Boltzmann方程通过添加朗之万噪声项来扩展，以便将热波动的影响。在以适合于Onsager-Machlup线性波动理论的形式铸造波动离散Boltzmann方程之后，通过在动力学水平上调用波动耗散定理来确定噪声的统计特性。通过对脉动离散Boltzmann方程进行积分，得到了脉动格子Boltzmann方程，为求解理想和非理想流体的脉动流体动力学方程提供了一种有效途径。将该框架应用于一般的基于力的非理想流体模型导致理想气体型热噪声。仿真结果表明，适当的热化的所有自由度。
2011-03-31 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann method for semiclassical fluids
我们确定了半经典流体的格子玻尔兹曼方法的性质，该方法基于玻尔兹曼方程，平衡态分布函数由玻色-爱因斯坦分布函数或费米-狄拉克分布函数给出.新的D-维多项式，推广厄米的，我们发现，使多项式正交的重量必须近似等于，或等于，平衡分布函数本身的有效的数值实现的格子玻尔兹曼方法。根据新的多项式，讨论了平衡分布函数级数展开的收敛性和流体动力学方程的获得。提出了一种离散求积方法，得到了与Hermite权以外的权函数相关联的一维、二维和三维离散格。由于玻色子和费米子粒子可以带电，我们推导出了由洛伦兹力给出的LBM的强迫项，它依赖于微观速度。基于最近对石墨烯中电子流体力学机制的实验观察，我们建立了二维和三维金属中电子的等温格子玻尔兹曼方法.该模型通过黎曼问题和Poiffille流进行了验证。正如对金属中电子所预期的那样，对于类似多孔介质的系统，欧姆定律得到了恢复。
2017-10-25 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Shape changes and motion of a vesicle in a fluid using a lattice Boltzmann model
我们通过格子玻尔兹曼方法研究了红细胞在流体流动中的变形和运动。为此，引入弯曲刚度和各向同性膨胀的弹性模量，并与格子Boltzmann模拟相结合，并仔细检查膜两侧的膜流相互作用。我们发现，红细胞的静态双凹形状是相当稳定的，可以有效地抵抗其膜上的病变。此外，我们的模拟结果表明，在剪切流中，红细胞将高度扁平化，并进行坦克的运动。这一现象很早以前就被实验观察到了，但至今边界积分和奇异性方法仍无法解决这一问题。由于其内在的并行动力学，这种格子玻尔兹曼方法有望找到广泛的应用单和多囊泡悬浮液以及复杂的开放膜在各种流体流动的雷诺数范围很宽。
2007-01-12 physics.flu-dyn
Compressible Fluids with Maxwell-type equations, the minimal coupling with electromagnetic field and the Stefan-Boltzmann law
本文给出了带电流体与电磁流体耦合的高导数拉格朗日量，并讨论了狄拉克约束分析。得到了一组由非协变规范条件确定的第一类约束。利用路径积分方法得到相应高阶导数哈密顿量的配分函数，并利用Faddeev-Popov方法构造有效拉格朗日量.通过配分函数得到了Stefan-Boltzmann型定律。
2016-07-11 cond-mat.other physics.flu-dyn
Closing the equations of motion of anisotropic fluid dynamics by a judicious choice of moment of the Boltzmann equation
在Molnár等人[Phys. Rev. D 93，114025（2016）]中，各向异性耗散流体动力学的方程是根据基于任意各向异性单粒子分布函数展开的玻尔兹曼方程的矩获得的。在本文中，我们作出了特别的选择，这个分布函数，并考虑在一维流体的升压不变的膨胀。为了封闭守恒方程，我们需要选择玻尔兹曼方程的附加矩。我们讨论了这一时刻的选择对流体动力学变量的时间演化的影响，并确定的时刻，提供了最佳匹配的各向异性流体动力学的Boltzmann方程的松弛时间近似的解决方案。
2016-12-02 hep-ph nucl-th physics.flu-dyn
Quantum lattice Boltzmann method for simulating nonlinear fluid dynamics
针对非线性流体动力学量子算法开发难题，提出结合格子玻尔兹曼方法与格子气元胞自动机优势的量子格子玻尔兹曼方法，经基准算例验证与直接数值模拟高度吻合，为相关非线性问题量子算法研发提供参考。
2025-02-23 nlin.CG physics.comp-ph physics.flu-dyn
A lattice Boltzmann study on Brownian diffusion and friction of a particle in a confined multicomponent fluid
本文研究了在热涨落存在下，一个小颗粒浸没在一个充满非理想多组分流体的正方形盒子中的扩散系数。我们的方法是基于数值积分的波动格子玻尔兹曼模型（LBM）的多组分混合物。在改变颗粒表面润湿性的情况下，测量了颗粒表面的均方位移（MSD），并与Stokes-Einstein理论的预测进行了比较。两个主要的设置进行了测试，包括周期性的边界条件和计算箱上实现的壁边界条件。我们发现，完整的周期性边界条件引起随机平流后，数百万的格子玻尔兹曼时间步长，而这种效果是减轻壁边界条件的存在。因此，当我们使用在约束存在下测量的适当的摩擦性质时，与斯托克斯-爱因斯坦关系的匹配得到保证。我们的研究结果将有助于探索纳米级应用与多组分流体使用LBM在热波动的存在下。(This论文发表于《Journal of Computational Science》）
2021-12-13 physics.flu-dyn
Two Dimensional Turbulence in a Massless Fluid with a Relativistic Lattice Boltzmann Model
本文提出一种相对论格子玻尔兹曼模型，用于模拟二维无质量流体的湍流行为，并通过零平均搅拌力验证其流动特性，有望应用于石墨烯和Kagome晶格中的电子流体定量模拟。
2021-01-15 astro-ph.HE cond-mat.str-el nucl-th
An extensible lattice Boltzmann method for viscoelastic flows: complex and moving boundaries in Oldroyd-B fluids
大多数生物流体是粘弹性的，这意味着它们除了牛顿流体中发现的耗散特性之外还具有弹性特性。计算模型可以帮助我们理解粘弹性流动，但通常局限于如何处理复杂的流动几何形状和悬浮颗粒。在这里，我们提出了一个格子Boltzmann求解器Oldrophil-B流体，可以处理任意形状的固定和移动的边界条件，这使得它非常适合于有限的胶体悬浮液的模拟。我们验证我们的方法，使用几个标准的流变设置，并另外研究了一个单一的沉淀胶体，也发现与文献的良好协议。我们的方法可以很容易地扩展到本构方程以外的Oldrophil-B。这种灵活性和复杂边界的处理为粘弹性流体中的微泳者的研究提供了希望。
2020-11-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Fluid dynamics at arbitrary Knudsen on a base of Alexeev-Boltzmann equation: sound in a rarefied gas
本文从Alexeev广义Boltzmann动力学方程出发，利用重力场中分层气体的双侧分布函数，导出了流体力学型方程组。它被应用到超声波的传播和衰减的问题。所得到的系统的线性化版本进行了研究，并与Navier-Stokes在任意Knudsen数之一。本文探讨了稀薄气体中运动平面的产生问题，并与实验作了比较。在较宽的努森数范围内，预测的传播速度和衰减因子与实验结果吻合较好。
2006-08-11 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann model for non-ideal compressible fluid dynamics
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出一种新的 kinetic 模型及其格子玻尔兹曼实现，用于模拟非理想可压缩流体流动，通过 quasi-equilibrium 吸引器构造一致的修正项，确保正定和伽利略不变的纳维-斯托克斯耗散率，实现 Euler 和 Navier-Stokes 流体极限的准确再现。
2026-05-07 physics.flu-dyn
Coupled dynamics of quantized vortices and normal fluid in superfluid $^4$He based on lattice Boltzmann method
采用基于涡丝模型（VFM）和格子玻尔兹曼方法（LBM）的数值方法，研究了有限温度下超流$^4$ He中量子化涡旋与正常流体的耦合动力学. LBM允许我们仅使用局部操作来模拟流体流动，即，而不是直接求解Navier-Stokes（NS）方程;流体流被认为是晶格网格上的位置之间的介观粒子的对流。虽然He II的双流体性质使其流动复杂，但LBM中正常流体的颗粒状处理显着降低了复杂性。我们确认，通过比较直接NS模拟得到的结果，所提出的数值方法再现特征流结构。我们还表明，所提出的计算方法是适合的热逆流模拟与固体边界阐明热边界层附近的加热器在一个封闭的通道。
2021-10-14 cond-mat.other physics.flu-dyn
Pore-scale Simulation of Shear-Thinning Fluid Flow using Lattice Boltzmann Method
目前的工作试图确定流动和几何变量对比例因子的作用，比例因子是模拟多孔介质中非牛顿流体表观粘度的必要参数。将多孔介质微结构理想化为圆柱和方柱阵列，采用多弛豫时间格子玻尔兹曼方法对剪切变稀非牛顿流体流动进行孔隙尺度模拟。固体圆柱体的尺寸和内含物比率的变化产生了具有不同孔隙度和渗透率的宽范围的多孔介质。本研究还使用随机重建技术生成逼真的，随机的多孔微结构。对于每种情况，孔隙尺度流体流动模拟能够基于孔隙内计算的剪切速率计算等效粘度。研究表明，该比例因子与孔隙度、渗透率、弯曲度和渗流阈值有很强的相关性，在渗流阈值孔隙度处接近最大值。目前的调查量化，并提出有意义的相关性之间的比例因子和宏观性质的多孔介质。
2021-02-10 physics.flu-dyn
Curvature estimation from a volume of fluid indicator function for the simulation of surface tension and wetting with a free surface lattice Boltzmann method
自由表面格子玻尔兹曼方法（FSLBM）是将流体力学格子玻尔兹曼方法（LBM）与流体体积（VOF）界面捕捉技术相结合，用于模拟不可压缩自由表面流动的方法。通过从VOF指示函数中提取界面的曲率并在自由边界处施加压力跃变来模拟毛细效应。然而，从VOF描述中获得精确的曲率估计可能会引入显著的误差。本文报道了三种不同的表面张力模型在标准试验情况下的数值结果，并比较了速度场（杂散流）的相应误差。此外，FSLBM被证明是适合于模拟固体边界处的润湿效应。为此，提出了一种新的方法来表示润湿边界条件的最小二乘曲率重构技术。分析了当前FSLBM的主要局限性，发现其主要局限性是由其简化的平流方案引起的。提出了可能的改进。
2016-02-10 physics.flu-dyn
An immersed interface-lattice Boltzmann method for fluid-structure interaction
提出了一种用于模拟流固耦合系统的浸入界面-格子玻尔兹曼方法（II-LBM）。这种方法的关键要素是确定的跳跃条件，满足的分布函数的框架内的格子玻尔兹曼方法时，力施加沿表面浸入不可压缩流体。在该初始II-LBM中，通过使用类似于在不可压缩纳维-斯托克斯方程中施加相应的压力跃变条件的方法施加相关跃变条件，来急剧解决与界面力的法向部分相关的不连续性。我们发现，跳跃条件的分布函数是相同的单弛豫时间和多弛豫时间LBM配方。切向力的处理采用浸没边界-格子玻尔兹曼方法（IB-LBM）。II-LBM方法的性能进行比较，直接强迫IB-LBM的刚体流体-结构相互作用，和经典的IB-LBM的弹性界面。高阶精度观察与II-LBM相比，IB-LBM为选定的基准问题。由于分布函数的跳跃条件也满足界面上速度场的连续性，因此II-LBM的速度场误差比IB-LBM小得多。的II-LBM也被证明提供卓越的体积守恒模拟灵活的边界时。
2020-03-26 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Vielbein Lattice Boltzmann approach for fluid flows on spherical surfaces
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
GPU Accelerated Lattice Boltzmann Simulation of Non-Newtonian Power-Law Fluid in a Porous Enclosure
本文对填充非牛顿幂律流体的方形多孔腔体中的传热进行了数值研究。采用多重弛豫时间（MRT）格子玻尔兹曼方法，利用图形处理器（GPU）加速数值模拟。一个修正的幂律模型已被用来描述非牛顿流体的流动。对幂律指数$n$范围从$(0.6 \leq n \leq 1.0)$，达西数$Da$范围从$(10^{-3} \leq Da \leq 10^{-1})$和瑞利数$Ra$范围从$(10^3 \leq Ra \leq 10^5)$进行了模拟。结果表明，平均努塞尔数（$\overline{Nu}$）随$n$值的增加而减小，而$\overline{Nu}$随$Da$值的增加而增加。此外，$Ra$值的增加导致平均努塞尔数的增加。
2020-11-30 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
Completeness of the Lattice-Boltzmann IKT approach for classical incompressible fluids
尽管在过去的几年里出现了大量的文献，格子玻尔兹曼方法（LBM）可能是一个完整的理解还没有。作为一个例子，一个未解决的理论问题涉及离散动力学理论的构造，该离散动力学理论产生\textit{exactly}流体方程，即，是非渐近的（这里表示为\textit{LB inverse kinetic theory}）。本文的目的是研究不可压缩流体的离散逆动力学理论。我们打算表明，离散IKT可以以这样的方式定义，以满足，特别是，要求\emph{completeness}，即，{\it all}流体场被表示为动力分布函数的矩，并且{\it all}流体动力学方程可以用适当的逆动力学方程IKE的适当矩方程来识别。
2008-06-27 physics.class-ph physics.flu-dyn
Improvement of Solid-Fluid Interaction Scheme in Lattice Boltzmann Immiscible Pseudopotential Models
针对LBM伪势模型固-流相互作用中的虚假速度和非物理传质层问题，提出结合八阶各向同性与第二层重构的改进格式，并经四类基准验证其复杂不混溶多相流模拟能力。
2025-08-31 physics.flu-dyn
