Fluid flow analysis in a rough fracture (type II) using complex networks and lattice Boltzmann method
粗糙裂缝中流体流动的复杂性是由裂缝平面之间的复杂开口区域结构引起的。在这项研究中，我们模拟流体流动在一个可演化的真实岩石节理结构，在一定的法向载荷剪切。在一项实验研究中，关于连续20 mm位移期间岩石节理的孔径和不同压头下的流体流动（渗透性）的信息已由激光扫描仪记录。我们在这项研究中的目的是使用格子玻尔兹曼方法（LBM）模拟在上述复杂几何形状的流体流动，而孔径场的特性将与建模的流体流动渗透率进行比较。为了表征孔径，我们使用了图论中的一个新概念，即：复杂网络和相应网络的模体分析。在这种方法中，沿着流体流动方向的相似的孔轮廓被映射到网络空间中。使用LBM的模拟渗透率显示出良好的相关性与实验测量值。此外，得到的网络的两个主要特征，即，特征长度和边缘数与模型渗透率值表现出相同的演变趋势。通过所获得的网络的图案的分析表明，最瞬态的子图是更频繁的剩余阶段。这与几乎稳定的流体流动和高渗透率值相一致。
2011-03-06 cs.CE 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
Simulation of Coupled Heat and Mass Transport With Reaction in PEM Fuel Cell Cathode using Lattice Boltzmann Method
采用多重弛豫格子玻尔兹曼方法模拟了质子交换膜（PEM）燃料电池阴极中的流体、热量和组分输运以及氧还原过程。考虑了由于氧还原产生的热量及其对运输和反应的影响。模拟不同的电池工作电压，温度和流速与多孔介质的性质，即渗透率，孔隙率，和有效的多孔介质扩散系数的各种值，进行研究的电极中的传输和操作特性。可以看出，可实现的最大输出功率密度受到质量传输速率的限制。通过提高工作温度可以获得电流密度的小幅增加。然而，这会导致发热速率的增加。气体扩散层的渗透率和孔隙率在目前模拟的值范围内对性能没有显着影响。更高的渗透性，反过来，导致在多孔层中的热梯度的增强。随着流速的增加，观察到可获得的最大电流密度显著增加。与高流速相关的较高对流促进了催化剂层处物质和热量的更好传输，导致较大的电流密度，热点形成的可能性较小。物种扩散系数的增加也导致功率输出大幅增加。此外，在多孔介质中的高扩散速率下也提高了燃料利用率。该研究分析和显示的各种操作和材料参数的影响，影响性能的PEM燃料电池，特别注意提高可达到的最大功率密度。
2021-03-02 physics.flu-dyn
A machine learning based method to generate random packed isotropic porous media with desired porosity and permeability
多孔材料在能源、农业、医疗等领域有着广泛的应用。数字多孔介质的产生为真实多孔介质的制作和性能分析提供了便利。以往的随机数字多孔介质生成方法无法生成具有特定渗透率的多孔介质。提出了一种新的生成具有特定孔隙度和渗透率的随机填充各向同性多孔介质的方法。首先，详细介绍了随机堆积各向同性多孔介质的生成过程。其次，利用多重弛豫时间格子玻尔兹曼方法（LBM）计算了生成的多孔介质的渗透率，为训练卷积神经网络（CNN）做准备。第三，用3000个多孔介质微观结构及其渗透率的样本对CNN模型进行训练。训练后的模型在预测多孔介质的渗透率方面是非常有效的。最后，对该方法进行了阐述，并对该方法中目标渗透率的选择进行了讨论。在功能强大的计算机支持下，可以在短时间内生成满足孔隙度和渗透率误差条件的多孔介质。
2022-08-22 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
Permeability of porous materials determined from the Euler characteristic
我们研究了随机放置的重叠单分散圆形和椭圆形颗粒的准二维多孔结构的渗透性。在微流控器件和格子玻尔兹曼模拟中的测量表明，渗透率是由导电相的欧拉特性决定的。我们得到的渗透率是独立的逾渗阈值的表达式，并在很宽的孔隙度范围内与实验和模拟数据一致。我们的方法表明，渗透率明确取决于重叠的概率的晶粒，而不是他们的形状。
2012-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Body-force modelling in thermal compressible flows with lattice Boltzmann method
针对热可压缩流动中LBM体积力建模研究不足的问题，提出含力项三阶矩贡献的二阶时间精度LBM强迫方案，通过理论分析和数值模拟验证了该贡献的必要性。
2023-02-09 physics.flu-dyn
An inverse analysis of fluid flow through granular media using differentiable lattice Boltzmann method
本文提出基于自动微分的可微分 LBM，并以 Taichi 实现 GPU 端到端反演，可由稳态速度场估计边界条件、渗透率和流体黏度。
2023-10-01 physics.flu-dyn physics.geo-ph
GeoChemFoam: Direct Modelling of flow and heat transfer in micro-CT images of porous media
GeoChemFoam是一个基于OpenFOAM的开源数值建模工具箱，包括一系列自定义软件包，用于解决复杂的流动过程，包括界面传输的多相输送，多尺度多孔介质中的单相流动以及矿物溶解的反应输送。在本文中，我们提出了GeoChemFoam的新的数值模型，用于模拟多孔介质的微观CT图像中的共轭传热。GeoChemFoam使用微连续体方法来描述流体-固体界面，使用每个计算单元中流体和固体的体积分数。使用Brinkman方程求解速度场，使用Kozeny-Carman方程计算渗透率，导致固相渗透率接近零。共轭传热，然后解决与热对流的速度是非零的，和导热系数计算为相的体积分数加权的相电导率的调和平均值。我们的模型进行了验证，一个简单的二维几何形状的标准的两种介质的方法进行比较。然后，我们模拟共轭传热和计算不同的流动制度和注入流体的传热系数类似于注入到地热储层中的Bentheimer砂岩的微CT图像，并进行灵敏度分析，在多孔换热器与随机球填料。
2021-10-07 physics.flu-dyn
The effect of compressibility on the behaviour of filter media
过滤器包括多孔材料，当流体在施加的压力差下通过时，该多孔材料捕获污染物。然而，这种施加的压力的一个副作用是它压缩了过滤器。这改变了渗透性，这可能会影响其性能。随着施加的压力增加，由过滤器处理的流体的通量也将增加，但渗透率将降低。最终，渗透率在过滤器中的一点处达到零，并且流体通量下降到零。在本文中，我们推导出一个模型的流体传输通过过滤器由于施加的压力差和由此产生的压缩。我们用它来确定在渗透率不达到零和过滤器关闭的情况下可以实现的最大操作通量。我们确定的材料属性，平衡的愿望，以最大限度地提高通量，同时最大限度地减少电力使用。我们还展示了如何选择一个初始的空间相关的渗透率可以导致一个均匀的渗透过滤器下运行，我们发现的渗透率分布，最大限度地提高了流量为一个给定的施加压力，这两者都有理想的工业影响。本文提出的想法为过滤器阻塞等更复杂的场景建模建立了一个框架。
2019-10-31 physics.flu-dyn
Predicting Porosity, Permeability, and Tortuosity of Porous Media from Images by Deep Learning
University of Wrocław（弗罗茨瓦夫大学）
卷积神经网络（CNN）被用来编码的初始配置的障碍物和多孔介质中的三个基本量之间的关系：孔隙度（$φ$），渗透率$k$，弯曲度（$T$）。考虑了具有障碍物的二维系统。用格子玻尔兹曼方法模拟了流体在多孔介质中的流动。结果表明，CNN能够预测孔隙度，渗透率和曲折度具有良好的精度。利用CNN模型，再现了$T$和$φ$之间的关系，并与经验估计进行了比较。对含$φ\in (0.37,0.99)$的体系进行了分析，其渗透率$k \in (0.78, 2.1\times 10^5)$和弯曲度$T \in (1.03,2.74)$涵盖了五个数量级。
2020-07-06 cond-mat.dis-nn cs.LG physics.comp-ph
The Brinkman viscosity for porous media exposed to a free flow
Brinkman方程在模拟自由流体和多孔介质之间的界面流动方面非常流行。然而，目前还不清楚如何确定一个适当的有效布林克曼粘度，而不解决在孔隙尺度的流动。在这里，我们提出了确定Brinkman粘度粗糙多孔介质的界面滑移长度和内部渗透率。滑移和渗透率都可以从晶胞分析中确定，从而能够对有效粘度进行先验估计。通过比较从Brinkman方程预测的多孔材料中的速度分布与从孔隙尺度分辨模拟获得的速度分布，我们表明，建模误差为$\sim 10\%$且不大于$40\%$。我们强调所获得的误差的物理起源，并证明了Brinkman模型可以更准确地为不规则的多孔结构。
2021-06-03 physics.flu-dyn
Surface permeability, capillary transport and the Laplace-Beltrami problem
我们以前已经建立，在一个导入研究中，在低饱和度的颗粒多孔介质中的液体的传播，其特点是小于10%的空隙空间，具有非常独特的功能相比，在较高的饱和度。特别是，我们发现，分散过程可以准确地描述了一类特殊的偏微分方程，超快非线性扩散方程。数学模拟的结果表明与实验观察非常吻合。然而，考虑到实际应用，模型的准确性和预测能力的任何增强都需要了解组成颗粒的有效表面渗透率，这定义了颗粒介质的全局宏观渗透率。在本文中，我们演示了如何通过Laplace-Beltrami Dirichlet问题的解来确定这个量，我们使用成熟的表面有限元方法来研究这个问题。
2018-08-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The impact of wettability on the co-moving velocity of two-fluid flow in porous media
本研究分析润湿性对多孔介质两相流共移动速度的影响，发现本构方程系数几乎与润湿条件无关，并提出仅用共移动速度关系和水相相对渗透率重建油相相对渗透率的实用方法。
2023-09-01 physics.flu-dyn
Modelling capillary filling dynamics using lattice Boltzmann simulations
我们调查的动态毛细填充使用两个格子玻尔兹曼计划：液气模型和二元模型。将模拟结果与著名的Washburn定律进行比较，该定律预测毛细管的填充长度随时间的变化为$l \propto t^{1/2}$。我们发现，液-气模型不再现沃什伯恩定律，由于在界面处的气相冷凝，这导致毛细管渗透的渐近行为是快于$t^{1/2}。另一方面，当两相之间的粘度比足够高时，二元模型捕获正确的标度行为。
2009-11-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Synthetic Porous Microstructures: Automatic Design, Simulation, and Permeability Analysis
本文提出开源多孔微结构生成与渗透率评估框架，融合EDAC、DC-PSE及随机升尺度方法，实现可调结构设计、FSI模拟与非达西流转分析。
2025-02-20 physics.flu-dyn q-bio.TO
Bridging scales in porous media: cDFT-informed pore network modelling for fluid transport with nanoconfined phase behavior
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
本文提出一种多尺度过滤框架，结合孔隙网络建模和经典密度泛函理论，用于预测纳米受限相行为下的流体传输，研究孔隙结构和热力学条件对渗透率的影响。
2026-05-12 physics.chem-ph physics.flu-dyn
The lattice Boltzmann method for isothermal micro-gaseous flow and its application in shale gas flow: a review
格子玻尔兹曼方法（LBM）作为一种在孔隙尺度上模拟致密地层中各种流体流动机制的流行方法，已经取得了巨大的进展。随着有效弛豫时间和滑移边界条件的引入，LBM已成功地扩展到解决微气体相关的输运和现象。由于页岩基质中的气体流动主要处于滑移流和过渡流状态，考虑到实验技术难以确定极低渗透率，因此计算方法特别是LBM可能是模拟这些微气体流动的有吸引力的选择。本文对微尺度气体流动的LBM类模型中的弛豫时间和边界条件进行了广泛的综述，并讨论了它们的优缺点。此外，评价和总结了LBM在孔隙尺度和代表性单元体积（REV）尺度页岩气藏流动模拟中的潜在应用。我们的评论表明，LBM能够捕获气体流动连续滑流制度，其中包括页岩气藏中的孔隙的显着比例，并确定未来的研究机会。
2015-08-06 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
Effective permeability of an immiscible fluid in porous media determined from its geometric state
本文提出一种基于几何状态的人工神经网络，用于预测多孔介质中不混相两相流的有效渗透率，在4500个未见样本上达到R²=0.98，解决了从孔隙尺度到达西尺度的升尺度问题。
2023-06-22 physics.data-an 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
On non-uniqueness issues related to the permeability of a porous medium with a random porous structure
本文讨论了具有随机结构的多孔介质渗透率的非唯一性问题。使用最近开发的建模方法，这导致在两个数量级的渗透率变化低孔隙度的12,000实现的随机多孔结构的渗透率范围进行检查。这些研究结果与以前的结果相比，13,000实现规模缩小，它表明，渗透率直方图不收敛到一个更窄的频谱使用较大的域大小。平流输运之间的相似性，在合奏的多孔介质和随机游走现象，在文献中接受，被重新审视和所采用的假设的不足之处进行了讨论。它表明，在多孔介质中，这是通常假设遵循阿达玛的适定性定义的平流输运的传统定义，不能实现。从宏观参数重建多孔结构本身就是一个不适定的反问题。为了澄清这个问题，解释的本体和认识识别的多孔介质，它被讨论，而本体识别不能用于运输分析，认识识别导致非唯一的解决方案。最后建议，一个范式的转变是需要更好地制定多孔介质的传输特性。
2021-12-22 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Physics informed data-driven near-wall modelling for lattice Boltzmann simulation of high Reynolds number turbulent flows
本文提出一种结合物理信息的神经网络数据驱动框架，用于高雷诺数湍流格子玻尔兹曼方法的近壁建模，大幅减少训练数据需求并准确预测大范围雷诺数下的壁面行为。
2024-02-12 physics.flu-dyn
Numerical modelling of microchannel gas flows in the transition flow regime using the cascaded lattice Boltzmann method
在CLB方法中，采用Bosanquet型有效粘度来解释稀薄效应对气体粘度的影响。为了获得精确的模拟和匹配Bosanquet型有效粘度，在CLB方法中采用了带有修正的二阶滑移边界条件的组合反弹/镜面反射边界格式。应用该方法对具有周期性边界条件的微通道内的气体流动和具有压力边界条件的长微通道（长宽比L/H=100）内的气体流动进行了研究。研究了稀薄效应对长微通道内速度分布、质量流率和非线性压力偏差分布的影响。
2016-11-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Modeling and scaling spontaneous imbibition with generalized fractional flow theory and non-Boltzmann transformation
本研究提出基于Hausdorff分形导数的广义分流量理论与非玻尔兹曼标度，用于建模自发渗吸，通过分形指数alpha调整幂律关系，在多种多孔介质数据上验证了其优于传统方法，可更准确预测渗吸速率。
2024-11-12 physics.flu-dyn
A comment on `An improved macroscale model for gas slip flow in porous media'
在最近的一篇论文中，Laserix，Valdés-Parada和Porter（J. Fluid~ Mech. \textbf{805}（2016）118-146），发现多孔介质的表观气体渗透率是克努森数的非线性函数。然而，这一结果是非常值得怀疑的，因为所采用的纳维-斯托克斯方程和一阶速度滑移边界条件是一阶（根据Knudsen数）近似的Boltzmann方程和稀薄气体流动的动力学边界条件。基于Bhatnagar-Gross-Krook动力学方程和正则化的20阶矩方程的数值模拟结果表明，具有一阶速度滑移边界条件的纳维-斯托克斯方程仅在很小的Knudsen数极限下才是准确的，其中视气体渗透率是Knudsen数的线性函数。
2017-02-14 physics.flu-dyn
Modelling anisotropic Cahn-Hilliard equation with the lattice Boltzmann method
本文提出一种多松弛时间晶格玻尔兹曼方法，通过将各向异性 Cahn-Hilliard 方程改写为带源项的非线性对流-扩散方程求解，并经液滴变形与旋节分解验证其有效性及能量耗散特性。
2025-01-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
On the spatial convergence and transient behaviour of lattice Boltzmann methods for modelling fluids with yield stress
本文研究了屈服应力（即粘塑性）流体的两种格子玻尔兹曼方法公式的性能。第一种方法是基于流行的Papanastasiou正则化的流体流变学与明确修改的晶格玻尔兹曼弛豫速率。第二种方法使用局部隐式公式同时求解流体应力和底层粒子分布函数。在研究了与晶格对称性和非流体动力学Burnett应力有关的问题后，比较了这两种模型的空间收敛性及其在瞬态和惯性流中的行为。晶格的选择和伯内特应力的存在被发现影响这两个模型的结果，但后者并没有显着降低速度场。使用管道和合成多孔介质中的宾汉流动，发现隐式正则化模型在捕获瞬态和惯性流体行为方面更优越。这一结果提出了潜在的影响，在这种情况下的Papanastasiou正则化模型的应用。在蠕动流中，两种模型的性能被认为是相似的和令人满意的。
2016-10-05 nlin.CG physics.flu-dyn
Modelling Settling-Driven Gravitational Instabilities at the Base of Volcanic Clouds Using the Lattice Boltzmann Method
实地观察和实验室实验表明，火山灰沉积可能受到集体沉降机制的重大影响，这种机制促使火山灰过早沉积，并对相关影响产生重要影响。在这些机制中，沉降驱动的重力不稳定性是由于在火山灰云和底层大气之间形成重力不稳定粒子边界层（PBL）造成的。一旦达到临界厚度，PBL就会不稳定，从而引发快速向下移动的灰指的形成，这些灰指的特征仍然很差。我们模拟这个过程耦合格子玻尔兹曼模型，它解决了纳维-斯托克斯方程的流体相，与加权本质上非振荡（WENO）有限差分格式，解决了对流扩散沉降方程描述粒子输运。由于物理问题是平流为主，使用的WENO计划减少数值扩散，并确保准确跟踪层之间的界面的时间演变。我们已经验证了新的模型，表明模拟的早期增长率的不稳定性是非常好的协议与预测的线性稳定性分析，而模拟的后期行为也成功地再现了定量结果从已发表的实验室实验。
2021-06-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Kinetic modelling of rarefied gas mixtures with disparate mass
针对分子质量悬殊的稀薄气体混合物模拟难题，提出一种分别建模组内和组间碰撞的动力学模型，在连续和稀薄区域均验证了精度，还发现质量差会改变激波中混合气体的流动特性。
2024-03-11 physics.flu-dyn
Characterization of porous nanoparticles using the lattice Boltzmann method for fluid flow
本文利用格子玻尔兹曼方法计算多孔球形颗粒的蠕流，研究尺寸、孔隙率与曳力的关系，并揭示导致DLS测量不一致的潜在误差来源。
2025-03-13 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
A combined Lattice Boltzmann and Immersed Boundary approach for predicting the vascular transport of differently shaped particles
人造颗粒的血管运输和粘附建模对于优化其在疾病检测和治疗中的功效至关重要。本文将格子玻尔兹曼方法和浸没边界方法结合起来，对层流中不同形状颗粒的近壁动力学进行了预测。对于格子Boltzmann模型，高斯-厄米投影用于推导格子方程，壁边界条件通过邹-何框架施加，和移动最小二乘算法精确地重建占浸没边界的强迫项。首先，计算代码验证对两个著名的测试情况下：在静止的流体中的圆形和椭圆形的圆柱体的沉降。一个非常好的协议之间观察到目前的结果和文献中提供的。然后，圆形，椭圆形，矩形，正方形和三角形的颗粒的运输进行了分析，在库埃特流，在Re=20。所有的颗粒横向漂移通过流线到达平衡位置，与初始条件无关。对于这个大的雷诺数，颗粒形状对最终平衡位置没有显著影响，但它确实影响角速度的绝对值和周期性。具体而言，细长颗粒显示出更长的振荡周期，最有趣的是，角速度的变化更大。最长的粒子在几乎整个旋转周期内呈现零角速度。总的来说，这些数据表明，所提出的方法可以有效地用于预测复杂的粒子动力学在生物相关的流。这种计算策略可能在计算纳米医学领域产生重大影响，用于优化治疗和成像剂的特异性递送。
2016-06-06 physics.flu-dyn
Neural Networks for Predicting Permeability Tensors of 2D Porous Media: Comparison of Convolution- and Transformer-based Architectures
PoreLab, The Njord Centre, Department of Physics, University of Oslo（PoreLab、Njord中心、物理系、奥斯陆大学）；PoreLab, Department of Physics, Norwegian University of Science and Technology（PoreLab、物理系、挪威科学技术大学）；The Njord Centre, Department of Physics, University of Oslo（Njord中心、物理系、奥斯陆大学）
本研究比较了卷积与变换器架构在预测二维多孔介质渗透张量中的性能，发现ConvNeXt-Small模型在准确率上表现最佳。
2025-12-01 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
Aqueous humor dynamics in human eyes: a lattice Boltzmann study
本文提出了一个格子Boltzmann模型来模拟人眼中的房水（AH）动力学，包括不可压缩的Navier-Stokes流，热对流和扩散，达西渗流。仿真结果表明，该模型具有稳定性、收敛性和鲁棒性。进一步研究了热对流和浮力、AH产生率、小梁网通透性、AH粘度和前房角对眼压的影响。热对流和热扩散可显著影响健康眼内的流动模式，增加前房角或降低AH的分泌速率、引流阻力和粘度可控制眼压。然而，IOP对AH的粘度不敏感，这可能是粘度不被认为是控制IOP的因素的原因之一。值得注意的是，这些因素对病理眼眼压的影响比健康眼更显著。温度差和眼睛朝向对角膜和虹膜壁面剪应力有明显的影响。本文的模型和仿真结果为AH动力学的研究提供了一种新的工具和理论参考。
2021-02-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
CNN-powered micro- to macro-scale flow modeling in deformable porous media
Institute of Mechanics and Computational Mechanics (IBNM), Leibniz University Hannover（莱布尼茨汉诺威大学力学与计算力学研究所（IBNM））；Institute of Applied Mechanics, University of Stuttgart（斯图加特大学应用力学研究所）；Institute of General Mechanics, RWTH Aachen University（亚琛工业大学普通力学研究所）
本研究针对可变形多孔介质渗透率传统估算效率低的问题，提出以二值化显微CT图像为输入、基于CNN预测对称二阶渗透率张量的方法，经Bentheim砂岩数据集和LBM模拟数据训练验证有效，可服务于多学科领域。
2025-01-11 cs.CV cs.LG physics.flu-dyn
Enhanced numerical models for two-component fluid flow in multiscale porous structures
Simulia R&D, Dassault Systèmes Americas Corp.（达索系统美洲公司 Simulia 研发部）
本研究提出增强的多尺度多组分流体流动模型，通过可控表面张力和张量电阻率模型提升界面动力学和异质结构解析度。
2025-12-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fluids flow in granular aggregate packings reconstructed by high-energy X-ray computed tomography and lattice Boltzmann method
本研究利用高能X射线计算机断层扫描和格子玻尔兹曼方法，重构并模拟了不同粒径颗粒聚集体堆积中的流体流动，揭示了孔隙率、壁面效应及孔隙网络参数对渗透率和质量流量的影响。
2024-06-02 physics.flu-dyn
Fluid dynamics in porous media with Sailfish
在这项工作中，我们展示了旗鱼的应用，在多孔介质中的流体动力学的研究。Sailfish是一个基于格子玻尔兹曼方法的开源软件。这种计算流体动力学的应用是特别感兴趣的石油和天然气工业和主题可能是一个起点，为本科生或研究生在物理或工程。我们构建了具有不同孔隙度的多孔介质的人工样品，并使用Sailfish来模拟流体流过，以计算渗透率和弯曲度。我们还提出了一种简单的方法来获得使用Python库的多孔介质的比表面积。为了将这些概念结合起来，我们测试了Kozeny-Carman方程，讨论了它的有效性，并计算了我们人工样本的Kozeny常数。
2016-01-20 physics.flu-dyn
Modelling droplet-particle interactions on solid surfaces by coupling the lattice Boltzmann and discrete element methods
Institute for Multiscale Thermofluids, School of Engineering, University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院多尺度热流体研究所）
该研究耦合LBM与DEM开发三维数值方案，模拟液滴-颗粒在固体表面的相互作用，揭示液滴除污机制，还可探究相关环境现象并调控实验难调参数。
2026-07-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multiphase Flow Modelling in Multiscale Porous Media: An Open-Sourced Micro-Continuum Approach
提出了一种开源的多相Darcy-Brinkman方法来模拟包含无固体区域和多孔基质的混合系统中的两相流动。这种微观连续模型植根于基本物理学和体积平均原理，其中一组独特的偏微分方程用于表示区域和尺度中的流动。所提出的模型的关键是，它倾向于渐近的Navier-Stokes流体体积的方法在无固体区域和多相达西方程在多孔区域。与现有的多尺度多相求解器不同，它可以在孔隙和达西尺度上匹配毛细管，相对渗透率和重力效应的分析预测。通过其开源实现hybridPorousInterFoam，所提出的方法标志着计算流体动力学（CFD）模拟包扩展到多孔多尺度、多相系统中。求解器的多功能性示出使用应用程序的两相流在一个破碎的多孔基质和波的相互作用与多孔海岸屏障。
2020-03-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice-Boltzmann simulations of electrowetting phenomena
我们提出了一个格子玻尔兹曼方法，可以模拟耦合的流体力学和静电学运动方程的两相流体作为一种手段来模拟电润湿现象。我们的方法具有建模的静电场内的格子玻尔兹曼算法本身的优点，消除了需要一个混合的方法。我们验证我们的方法通过再现的静力平衡配置的液滴施加电压，并表明，下降的表观接触角取决于电压以下的杨-李普曼方程的接触角$\approx 50^\circ$。在较高的电压下，我们观察到由电应力和毛细管应力之间的竞争引起的接触角的饱和。我们还研究了被困在导电流体和固体电极之间的电介质膜的稳定性，并发现与基于润滑理论的分析预测很好的一致。最后，我们调查了在很长一段时间内的膜动力学，并报告了类似于先前报道的实验结果的膜破裂和截留的观察。
2018-12-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Higher-order Tuning of Interface Physics in Multiphase Lattice Boltzmann
本研究提出利用Shan-Chen多相模型力模板自由度，通过格子压力张量调节高阶导数项系数，实现对表面张力和Tolman长度的精确控制，为相变流体动力学高保真建模提供新工具。
2025-05-29 cond-mat.stat-mech nlin.CG physics.flu-dyn
A Stability notion for the viscous Shallow Water Discrete-Velocity Boltzmann Equations
CSIR Modelling and Digital Sciences（南非标准技术研究院建模与数字科学部）；University of Pretoria（比勒陀利亚大学）
本文研究了在重力减弱情况下浅水方程的格子Boltzmann方程的稳定性，定义了类似于不可压缩纳维-斯托克斯方程中使用的稳定性概念，发现必须谨慎选择重力减弱值以维持稳定性。
2016-10-04 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Contact angle determination in multicomponent lattice Boltzmann simulations
疏水表面上的液滴在微流体应用中是普遍存在的，并且存在许多常用的多组分和多相格子Boltzmann方案来研究这样的系统。在本文中，我们专注于一个流行的实现多组分模型介绍单和陈。在这里，不同组件之间的相互作用被实现为排斥力，其强度由模型参数确定。在本文中，我们提出了一个疏水表面上的液滴的模拟。我们研究了接触角对模拟参数的依赖性，并定量比较了不同的方法来确定它。结果表明，该方法能够模拟整个范围的接触角。我们发现，先验确定的接触角是取决于模拟参数的不确定性为10%至20%。
2010-10-13 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mesoscale investigations of fluid-solid interaction: Liquid slip flow in a parallel-plate microchannel
努森数Kn = 0.001-0.1的液体滑移流在受限流动通道中起主导作用。它的物理起源可以归因于分子间的流-固（F-S）相互作用力。为此，我们在此提出了连续的力函数（指数衰减或幂律）之间的流体粒子和两个封闭的平面壁的介观格子玻尔兹曼模型（LBM）的框架。导出了密度剖面、速度剖面、滑移长度和渗透率比的解析解，并将其与细观F-S相互作用参数和流道间隙大小相关联。通过无量纲化的解析解，我们得到的无量纲数，表明每个力函数的滑流系统的关键特征。解析解与LBM解严格一致。我们建议的F-S相互作用参数的基础上观察到的范围内的密度比（膜流体体相流体）和渗透率比与缩小间隙尺寸的合理范围。在给定的相互作用参数范围内，通过拟合给出了渗透率比与无量纲数之间的简单关系。连续F-S相互作用力与两个自由参数的曲线进行校准的疏水表面，通过使用LBM模拟，这是验证了一个先验的基准流实验中测得的滑移速度剖面进行比较。基于所提出的F-S相互作用力函数的介观LBM模型为阐明液体滑移流动的物理过程提供了一个强有力的框架。
2020-02-16 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann models for non-ideal fluids with arrested phase-separation
研究了格子Boltzmann模型中的中程斥力对单组分非理想流体的聚结/分裂行为的影响。据发现，中程排斥相互作用允许形成喷雾状，多液滴配置，液滴大小直接相关的排斥相互作用的强度。模拟表明，仅仅百分之十的中程排斥赝能就可以将相分离流体的表面/体积比提高近两个数量级。利用一个正式的类比与磁性伊辛系统，一个赝势能的定义，这是发现表现得像一个准守恒量的大部分时间的演变。这提供了一个有用的定量指标的稳定性的各种配置，从而帮助他们的解释和分类的任务。本方法似乎是一个很有前途的工具，复杂的流动现象，如雾化，喷雾形成和微乳液，破碎现象，并可能玻璃状系统以及计算建模。
2010-08-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A realistic transport model with pressure dependent parameters for gas flow in tight porous media with application to determining shale rock properties
近年来，由于全球能源需求的增加，页岩气开采出现了巨大的繁荣，但开采技术非常昂贵。因此，重要的是开发现实的传输建模和模拟方法，多孔岩石和多孔介质，可以补充现场工作。在这里，一个新的非线性输运模型单相气体流动在致密多孔介质中的推导，包括许多重要的物理过程中发生在这样的多孔系统：连续流，过渡流，滑移流，努森扩散，吸附和解吸的岩石材料，和高流速（湍流）的校正。这产生了一个非线性对流扩散类型的偏微分方程（PDE）与压力相关的模型参数和相关的压缩系数，以及高度非线性的表观对流通量（速度）和表观扩散。一个重要的应用是通过将模拟结果与来自页岩岩心样品中的压力脉冲衰减测试的数据进行历史匹配来确定页岩性质，例如孔隙度和渗透率[Pong K.，胡C，刘杰，戴耀廷均匀微通道内的非线性压力分布。ASME流体工程部(FED)第197卷，51- 56，（1994）]。从我们的模型模拟的岩石孔隙度和渗透率的估计是现实的页岩，更现实的比从以前的模型，并说明了在这里提出的建模策略的潜力，在致密储层中产生准确的模拟页岩气流。
2016-10-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Reactive mixtures with the lattice Boltzmann model
本文提出了一种新的反应性理想气体混合物的格子Boltzmann模型。该模型是最近提出的多组分格子Boltzmann模型的可压缩理想气体混合物与Stefan-Maxwell扩散物种相互作用的反应流的扩展。首先，Stefan-Maxwell扩散的动力学模型增强，以适应源项会计的混合物组成的变化，由于化学反应。其次，通过在能量方程中包含生成热，底层可压缩晶格玻尔兹曼模型的动量和能量的热力学一致性允许实现由于化学反应而导致的能量和温度变化。这就避免了对温度或热量源项进行特别建模的需要。这两部分通过混合物成分、动量、压力、能量和焓保持一致的耦合。该模型使用标准的三维网格，并验证了一组基准，包括层流燃烧速度在氢-空气混合物和圆形扩展预混火焰。
2021-01-05 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Vortex dynamics and air entrainment in dam break wave impacting on vertical walls: A multiphase lattice Boltzmann study
Roma Tre University（罗马第三大学）
研究溃坝波冲击垂直壁面时的涡旋动力学与空气卷入，采用基于格子玻尔兹曼方法的两相数值模型模拟，发现压力峰值受波前偏转和局部曝气影响，且大空气腔形成或因建模假设，凸显近壁剪切在射流破碎动力学中的作用。
2026-07-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
JAX-LaB: A High-Performance, Differentiable, Lattice Boltzmann Library for Modeling Multiphase Fluid Dynamics in Geosciences and Engineering
本文推出基于JAX的可微格子玻尔兹曼库JAX-LaB，面向多相流体建模，经基准验证性能优异，可支撑地球科学与工程领域相关仿真应用。
2025-11-15 cs.DC physics.comp-ph 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
