Accounting for adsorption and desorption in lattice Boltzmann simulations
我们报告了一个格子玻尔兹曼计划，占吸附和解吸计算中尺度动力学性质的示踪剂在介质中的任意复杂性。格子Boltzmann模拟使得数值求解复杂非均匀介质中流体动力学的耦合纳维-斯托克斯方程和电动力学的Nernst-Planck方程成为可能。与矩传播方案相关联，可以提取任何电荷的示踪剂或溶质的有效扩散和分散系数，例如在多孔介质中。然而，示踪剂的动力学性质取决于示踪剂表面的亲和力，这不是纯粹的静电，但也包括物种特异性的贡献。为了捕捉这一重要特征，我们引入特定的吸附和解吸过程中的晶格玻尔兹曼计划通过修改的矩传播算法，其中示踪剂可以吸附和解吸从表面通过动力学反应速率。该方法验证了在一个简单的几何Poietille流的纯扩散和扩散平流的精确结果。最后，我们说明了考虑这些过程的重要性，在一个更复杂的多孔介质中的时间依赖性的扩散系数。
2014-03-19 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Poisson-Boltzmann formulary: Third edition
本文汇编微纳流控中狭缝与圆柱通道内 Z:Z 电解质的 PB 公式，涵盖近似解、完整解、边界条件、热力学与电动应用，并附数值求解脚本。
2024-09-08 cond-mat.soft
Three-dimensional Optical Reconstruction of colloidal electrokinetics via multiplane imaging
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；imec（比利时微电子研究中心）；CIC biomaGUNE（生物医学创新中心）
针对胶体电动效应研究需求，结合多平面宽场显微成像与多尺度建模，实现三维超分辨胶体动力学实时观测与理论验证，可推广至复杂流体、微流体运动研究。
2025-11-13 cond-mat.soft
Electrohydrodynamic lubrication theory for an immersed cylinder moving near wall
Univ. Bordeaux, CNRS, LOMA, UMR 5798（波尔多大学，法国国家科学研究中心，LOMA实验室）
本文提出电液压润滑理论框架，研究无限刚性圆柱体附近刚性壁面的带电胶体自由运动，结合流体润滑理论、德拜-休克尔静电学和能斯特-普朗克电动力学，推导出三个耦合运动方程，揭示了超越现有电粘滞抬升表达式的复杂行为。
2026-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.class-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
A lattice Boltzmann model with random dynamical constraints
在本文中，我们介绍了一种改进的格子玻尔兹曼模型（LBM）的能力，模拟流体系统的动态非均匀性。物理系统被建模为一维流体，与有限寿命的移动障碍物相互作用。流体运动由格子Boltzmann方程描述，障碍物是随机分布的半渗透屏障，其约束流体颗粒的运动。经过一段时间的延迟后，障碍物会移动到新的随机位置。研究发现，流体和障碍物的非线性耦合动力学产生了流体密度的非均匀模式和两次自相关函数的非指数松弛。
2004-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lattice-Boltzmann simulations of the drag force on a sphere approaching a superhydrophobic striped plane
利用格子Boltzmann方法研究了半径为R的球在超疏水条纹壁面附近所受的曳力随任意间距h的变化。超疏水（完全滑移与无滑移）条纹的特征在于织构周期L和气体面积的分数$ϕ$。对于非常大的值的h/R，我们恢复的宏观公式的一个球向亲水性无滑移平面移动。对于h/R=O（1）和更小的情况，拖曳力小于经典理论对亲水无滑动表面的预测，但大于与均匀完全滑动壁相互作用的球体的预期。在较薄的间隙下，与经典结果相比，力减小$h\ll R$变得更加明显，并且通过增加$ϕ$而最大化。在非常小的分离的限制，我们的模拟数据是在定量协议的渐近方程，它涉及到一个修正超疏水滑移的纹理参数的力。此外，我们还观察了流场和压力场在壁面附近的横向振荡特征，反映了条纹织构的非均匀性和各向异性的影响。最后，我们研究了球体上的横向力，该力在非常小的分离的情况下是可检测的，并且通过具有$ϕ=0.5$的条纹而最大化。
2014-01-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Roughness gradient induced spontaneous motion of droplets on hydrophobic surfaces: A lattice Boltzmann study
通过三维格子Boltzmann模拟研究了液滴动力学上的柱密度的逐步变化的效果。对于相同的柱密度梯度，但不同的柱排列，在梯度区的运动以及完全逮捕观察。在移动的情况下，液滴速度与纹理梯度近似线性地成比例。提供了一个简单的模型，再现所观察到的线性行为。该模型还预测了液滴速度对表面张力的线性依赖关系。这一预测是明确证实，通过我们的计算机模拟范围广泛的表面张力。
2009-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
A correction tensor for approximating drag on slow-moving particles of arbitrary shape
本研究提出无需实验拟合的新型Cunningham校正因子形式，通过定义校正张量拓展为非球形粒子预测方法，经多类验证有效，为气体中非球形微纳粒子输运性质近似提供简单通用工具。
2025-08-28 cond-mat.soft
Moving Manifolds in Electromagnetic Fields
建立了电磁场中运动物体的非线性动力学方程。场由具有表面边界的物质体感生。相应地，由边界处的场确定的势能，可以写成四个势乘以四个流对电磁张量的收缩的加法。将最小作用量原理适当地应用于系统拉格朗日，得到电磁场中三维运动流形的动力学非线性方程。这些方程在不同条件下可简化为无质量三曲面的麦克斯韦方程组、动力学流体的欧拉方程、磁流体动力学方程和Poisson-Boltzmann方程。为了说明运动方程的有效性，我们应用形式主义来分析大分子和膜的动力学。
2016-09-25 cond-mat.soft
Numerical treatment of the Boltzmann equation for self-propelled particle systems
动力学理论构成了一个最有前途的工具，破译的特点时空动态系统的积极推进粒子。在这种情况下，玻尔兹曼方程起着关键作用，因为它提供了一个自然的翻译之间的粒子级描述系统的动态和相应的流体动力学领域。然而，玻尔兹曼方程复杂的数学结构大大限制了仅仅通过分析手段来全面理解这个方程的进展。在这里，我们提出了一个通用的框架来数值求解玻尔兹曼方程的自推进粒子系统在两个空间维度和任意的边界条件。我们讨论了这种数值框架的潜在应用活性物质系统，并使用该算法给出了一个模型系统的自推进粒子与极性相互作用的详细分析。根据以前的研究，我们发现，空间均匀的各向同性和对称性破缺的状态填充在参数空间中的两个不同的区域，这是由一个狭窄的区域的空间不均匀，密度隔离的移动模式分开。我们发现明确的证据表明，这三个区域在参数空间中连接的一阶相变，和空间均匀的各向同性和极性有序相之间的过渡承担惊人的相似性，在平衡系统中的液-气相变。在密度分离参数制度，我们发现一个新的稳定的极限环的玻尔兹曼方程的解决方案，其中包括平行车道的极性集群在相反的方向上移动，从而使系统的有序状态的整体对称性，尽管纯粹的极性相互作用的水平上的单粒子。
2014-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinematic and dynamic forcing strategies for predicting the transport of inertial capsules via a combined lattice Boltzmann-Immersed Boundary method
对不同流动方案下的可变形胶囊的运输进行建模在各种领域中至关重要，包括油流变学，血液流动和污染物的分散。本研究的目的有两个。首先，发展了一种用于预测惯性变形胶囊输运的LBM-IB方法。一个移动最小二乘法（MLS）计划已实施相关的压力，速度和力场的流体域与胶囊动力学。这种计算策略被命名为LBM Dynamic IB。其次，这种策略直接与更传统的方法进行比较，称为LBM Kinematic IB，其中胶囊以与周围流体相同的速度移动。已经考虑了多个测试用例来评估动态IB方案的准确性和效率，包括剪切流中圆形胶囊的拉伸，圆形和双凹胶囊在平面Poiffille流中的运输，有和没有惯性。通过监测随时间推移的胶囊几何形状，已经证明这两种方案非常一致，特别是在非惯性胶囊的情况下，对于低毛细管数（Ca $\leq$ 0.01）。尽管计算负担适度增加，所提出的LBM动态IB方案是唯一能够预测非惯性和惯性可变形胶囊的动力学。所提出的方法可以有效地用于研究血细胞，癌细胞和纳米/微胶囊在毛细管流内的运输。
2019-03-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Derivation of Hydrodynamics for Multi-Relaxation Time Lattice Boltzmann using the Moment-Approach
对多弛豫时间格子Boltzmann模型的流体力学极限进行了一般性分析。我们研究多弛豫时间BGK碰撞运营商，构建类似的MRT的情况下，但是，没有明确移动到一个时刻空间表示。相应的“力矩”被导出为所述碰撞算子在速度空间中的左本征向量。因此，我们可以在独立于所选基本速度集的表示中生成守恒方程。我们发现一个显着的自由度在碰撞矩阵的选择和相关的基础上留下的碰撞算子不变。因此，我们可以解释为什么MRT实现在文献中再现相同的流体力学，尽管是基于不同的正交化关系。
2010-11-09 cond-mat.soft physics.comp-ph
A hybrid LBM-DEM framework with an improved immersed moving boundary method for modelling complex particle-liquid flows involving adhesive particles
本文提出了一种改进的浸入式移动边界模型（IBM），用于求解耦合格子玻尔兹曼方法（LBM）和粘性离散元方法（DEM）中复杂的流体-颗粒相互作用问题。结果表明，当多个固体颗粒与同一个格子相交时，现有的格式不能很好地处理每个固体颗粒对流体的贡献。在本研究中，通过修改部分覆盖单元中的加权函数，完全解决了这个问题。在此基础上，提出了一种快速、高效、精确的线性近似方法，用于计算粒子与晶格间的部分互锁体积。通过多个基准算例的验证，所开发的IBM-LBM-DEM混合数值框架能够以较低的网格分辨率更详细地描述稠密颗粒间的流场，并有效地捕捉微球间的粘附力学。
2020-10-20 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Elastic response of a nematic liquid crystal to an immersed nanowire
我们使用格子玻尔兹曼算法来求解全三维流体动力学方程，研究了铁磁纳米线在液晶中的浸没。我们提出了一个算法，包括移动边界，模拟纳米线，在格子玻尔兹曼模拟。指向矢在导线上施加一个力矩，该力矩随导线与指向矢场平衡方向之间的夹角线性增加。通过这些纳米线的旋转，可以确定纳米线的弹性常数。
2006-10-02 cond-mat.soft
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
Ludwig: A parallel Lattice-Boltzmann code for complex fluids
本文介绍了'Ludwig'，一个通用的代码模拟的格子玻尔兹曼（LB）模型在3-D立方晶格。事实上，“路德维希”不是一个单一的代码，而是一组共享某些公共例程的代码，例如I/O和通信。如果“Ludwig”按预期使用，具有不同平衡自由能的各种复杂流体模型易于编码，因此用户可以专注于问题的物理学，而不是并行计算问题。到目前为止，“路德维希”的主要应用是对称的二元流体混合物。我们首先解释的哲学和结构的“路德维希”，这被认为是一个非常有效的方式开发大型代码的学术财团。接下来，我们详细介绍了一些并行实现的问题，如并行I/O，并使用MPI来实现MPP和SMP系统上的完全可移植性和良好的效率。最后，我们描述了如何实现通用的固体边界，并详细研究了固体壁附近的对称二元流体混合物的特殊情况。我们提出了一种新的计划，在静态和移动固体边界的存在下，润湿现象的一致性模拟，并检查其性能。
2000-08-18 cond-mat.soft
Dynamics of Counterion Condensation
利用推广的Poisson-Boltzmann方程，研究了反凝聚动力学。对于一个单一的带电板在抗衡离子的存在下，它表明，平衡的方法是扩散。在远离平衡态的带电运动平板中，临界速度处发生动力学反凝聚相变。反云的复杂动力学行为被证明是导致一种新的非线性力-速度关系的移动板。
1999-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Physical and Computational Scaling Issues in Lattice Boltzmann Simulations of Binary Fluid Mixtures
我们描述了一些缩放时出现的问题，使用格子玻尔兹曼方法来模拟二元流体混合物-在存在和不存在胶体颗粒。两种类型的缩放问题出现：物理和计算。物理缩放涉及如何将模拟参数与真实世界的参数相关联。要有效地做到这一点，需要仔细的物理学，因为（与其他方法一样）格子玻尔兹曼不能完全解决复杂流体的典型流动中出现的长度，能量和时间尺度的层次结构。在决定解决哪些物理问题和留下哪些未解决的物理问题时需要谨慎，特别是当胶体颗粒存在于两个流体相之一时。这会影响模拟参数（如流体粘度和界面张力）的控制。当物理是各向异性的（例如，在剪切下的系统）仔细适应的几何形状的模拟盒可能是必要的，这方面的一个例子，涉及到我们的研究的胶体颗粒的瑞利高原不稳定性的流体缸，描述。第二组密切相关的缩放问题本质上是计算性的：如何将模拟扩展到非常大的晶格尺寸？这个问题对于经受剪切流的系统是尖锐的。在这里，需要一组块式的共同移动的框架的流体，每个连接到下一个的Lees-Edwards像边界条件。这些匹配的平面导致小的数值误差，其累积的影响可能会变得严重，最大限度地减少这种影响的策略进行了讨论。
2004-11-18 cond-mat.soft
Numerical simulation of moving rigid body in rarefied gases
University of Kaiserslautern（凯泽斯劳滕大学）；Fraunhofer ITWM（弗劳恩霍夫工业数学研究所）；TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本文提出一种数值方案，模拟任意形状刚体在稀薄气体中的运动，通过求解Boltzmann方程的DSMC粒子方法模拟气体，结合牛顿-欧拉方程计算刚体的力和力矩，验证了布朗运动的爱因斯坦关系。
2014-06-19 cond-mat.soft cs.NA math.NA
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
Electrophoretic mobility of a charged colloidal particle: A computer simulation study
本文用计算机模拟的方法研究了带电胶体粒子在恒定均匀电场中的迁移率。模拟方法结合了晶格玻尔兹曼计划的流体与标准朗之万动力学的胶体粒子，这是建立从一个网络的结合粒子形成的胶体的表面。通过摩擦力引入两个子系统之间的耦合。此外，还存在也与流体耦合的明确的抗衡离子。我们观察到一个非单调的依赖于裸露的胶体电荷的电泳迁移率。在低的表面电荷密度，我们观察到一个线性增加的裸电荷的流动性，而在较高的电荷，其中超过一半的离子是共同移动的胶体，流动性随着裸电荷的增加而降低。
2004-06-11 cond-mat.soft
