Mesoscale Structures at Complex Fluid-Fluid Interfaces: a Novel Lattice Boltzmann / Molecular Dynamics Coupling
具有吸附颗粒的介观结构的复杂流体-流体界面是新设计材料的关键组成部分，其不断丰富软物质领域。模拟工具，能够应付这些系统的不同尺度的特点是有效的理论研究的基本要求。在本文中，我们提出了一种新的模拟方法，Ahlrichs和Dünweg的方法的基础上[Ahlrichs和Dünweg，Int. J. Mod. Phys. C，1998，9，1429]，耦合的“山陈”多组分格子玻尔兹曼技术的非格子分子动力学，以有效地模拟复杂的流体-流体界面。我们演示了如何使用这种方法来研究广泛的一类具有挑战性的问题。给出了几个例子，与重音双连续相的形成在磁流体溶液和铁磁流体乳液。我们还表明，溶剂化自由能在粒子-流体相互作用中的引入揭示了隐藏的，多尺度性质的粒子-流体耦合，允许对称地（和可互换地）处理系统的晶格和晶格外的组件。
2014-02-19 cond-mat.soft
Beyond Poisson-Boltzmann: fluctuations and fluid structure in a self-consistent theory
Poisson-Boltzmann（PB）理论是研究软物质静电的经典方法，已被应用于物理化学和生物物理的许多问题。其主要局限性是忽略了相关效应和流体结构。最近，一些理论的见解，允许制定的方法，超越PB理论在一个系统的方式。在这篇专题评论中，我们提供了一个更新的发展取得的自洽配方的相关校正泊松-玻尔兹曼理论。我们介绍了相应的系统耦合的非线性方程的连续静电与均匀的介电常数和结构溶剂，偶极库仑流体，包括非局部效应。虽然这种方法只是近似的，也仅限于在所谓的弱波动制度的修正，它允许包括物理相关的影响，因为我们显示了这些方程的一系列应用。
2016-07-27 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations of phase separation in chemically reactive binary fluids
我们使用格子玻尔兹曼方法来研究流体动力学效应很重要的化学反应二元流体中的斑图形成。用该方法求解的耦合方程是一个Cahn-Hilliard方程，通过包含反应源项进行修改，以及质量和动量守恒的纳维-斯托克斯方程。耦合是双重的，从平流的序参数的速度场和流体成分对压力的影响。我们研究了线性和二次反应源项的临界猝灭后系统的演化。高粘度和低粘度制度之间的比较，以确定流体动力学流动的影响。在这两种情况下，流体动力学被发现影响域的增长和最终的稳定状态的途径。
2006-05-31 cond-mat.soft
An improved dissipative coupling scheme for a system of Molecular Dynamics particles interacting with a Lattice Boltzmann fluid
我们考虑随机格子玻尔兹曼（LB）流体和基于粒子的分子动力学（MD）系统之间的耗散耦合，因为它首先由Ahlrichs和Dünweg（J. Chem. Phys. 111（1999）8225）介绍。在粒子的位置处的流体速度通过插值确定，使得斯托克斯摩擦力引起粒子与周围流体节点之间的动量交换。出于效率原因，LB时间步长被选择为MD时间步长的倍数，使得MD系统比LB流体更频繁地更新。在这种情况下，有不同的方式来实现耦合：要么在周围节点处的流体速度仅在每个LB时间步长更新，要么在每个MD步长更新。它表明，后者的选择，强制执行动量守恒在一个显着较短的时间尺度上，显然是优越的稳定性和准确性方面，但只是稍微慢的执行速度。因此，第二种变体是建议的实施方式。
2017-04-24 cond-mat.soft
Hybrid lattice Boltzmann model for binary fluid mixtures
提出了一种基于自由能方法的混合格子玻尔兹曼方法（LBM）。压力张量的非理想项作为体积力包含在LBM动力学方程中，用于模拟连续性和纳维-斯托克斯方程。用有限差分方法研究了对流扩散方程。微分算子离散化，以减少虚假速度的大小。该算法已被证明是稳定的，并在简单的测试配置复制正确的平衡行为，是伽利略不变量。伪速度可以减少约一个数量级相对于标准的离散化程序。
2009-07-16 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations of lamellar and droplet phases
用格子Boltzmann方法模拟了二维具有平衡层片相和液滴相的二元流体中的旋节线分解。我们强调流体动力学流动相分离动力学的重要性。对于组成稍微不对称的混合物，流体相分离成本体相和层状相，层状相形成独特的螺旋结构以使其弹性能最小化。
1998-01-28 cond-mat.soft
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
A Critical Assessment of the Boltzmann Approach for Active Systems
推进粒子系统的一般模型认为，极序的出现是由局部排列和噪声之间的竞争驱动的。虽然这一概念已被证实采用玻尔兹曼方程，该方程的适用范围仍然难以捉摸。我们介绍了一个广泛的类介观碰撞规则，并分析了动力学理论的框架中出现的极性秩序的先决条件。我们的研究结果表明，玻尔兹曼方法是适当的弱对齐系统，但不符合实验的集群形成系统。
2013-10-19 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann model with hierarchical interactions
我们提出了一个非理想流体的动力学的数值研究的密度依赖的赝势的特点是嵌套的吸引力和排斥力的相互作用的层次结构。结果表明，在临界阈值以上的相互作用强度，稳定和不稳定的区域之间的竞争的结果在一个短期的无序流体模式与尖锐的密度对比。这些无序的配置与通常在二元流体中观察到的相分离情况形成对比。目前的研究结果表明，挫折可以模拟一个合适的单体有效玻尔兹曼方程的框架内。这种有效的玻尔兹曼方程的晶格实现可以被看作是一个初步的一步发展的补充/替代方法，真正的原子方法的计算研究的玻璃态动力学。
2004-05-11 cond-mat.soft
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
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
A Lattice-Boltzmann model for suspensions of self-propelling colloidal particles
本文提出了一种格子玻尔兹曼方法，用于模拟二维自推进（主动）胶体粒子。考虑了活性粒子表面力分布的对称性和非对称性。由一个单一的活性粒子产生的速度场，改变其方向随机，以及所涉及的不同的时间尺度的详细特征。流体中的稳态速度分布，从活动中产生的，示出偏离平衡分布相当大。
2006-01-23 cond-mat.soft
Modified Poisson-Boltzmann equations and macroscopic forces in inhomogeneous ionic fluids
我们提出了一个基于热力学微扰理论的场论方法，并在其中推导出一个大的非均匀离子流体的热力学势作为任意参考流体系统的静电势的函数。我们得到一个修改的Poisson-Boltzmann方程作为Euler-Lagrange方程的功能。应用Noether定理这个功能，我们推导出一个一般的平均场的应力张量与相应的修改后的Poisson-Boltzmann方程一致的表达式。我们推导出一个一般表达式的宏观力作用在介电或导电体浸没在离子流体。特别是，我们推导出一个一般的平均场表达式的分离压力的离子流体在一个狭缝孔隙。我们应用开发的形式主义来描述三个离子流体模型的实际重要性：非极化模型（包括著名的泊松-玻尔兹曼和泊松-费米方程），极化模型（离子携带非零永久偶极子或静态极化率），和模型的离子-偶极子混合物（包括著名的泊松-玻尔兹曼-朗之万方程）。对于这些模型，我们得到修改的Poisson-Boltzmann方程和相应的应力张量，这可能是有价值的不同的应用，其中有必要估计的宏观力作用在电介质或导电体（电极，胶体，膜，{ \it等}）。以及局部静电势（场）和离子浓度。
2022-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Boltzmann-Ginzburg-Landau theory for autochemotaxis of active rod-like particles
本文通过玻尔兹曼-金兹堡-朗道理论，研究活性杆状粒子中趋化与取向相互作用的耦合，发现平移趋化促进失稳而旋转趋化抑制失稳，揭示二者对集体动力学的相反作用。
2025-06-23 cond-mat.soft
Channel Flow of a Tensorial Shear-Thinning Maxwell Model: Lattice Boltzmann Simulations
我们引入了一个非线性广义张量麦克斯韦型本构方程来描述剪切变稀玻璃形成流体，最近的微观方法的非线性流变胶体悬浮液的动机。该模型捕捉到一个非零的动态屈服应力在玻璃化转变，并纳入正常的应力差异。提出了一种改进的格子玻尔兹曼（LB）模拟方案，其中包括非牛顿贡献的应力张量和处理流引起的压力差。我们测试这个计划在压力驱动的2D Poiffille流的非线性广义Maxwell流体。在稳定状态下，与解析解的比较显示出良好的一致性。启动和停止后的压力梯度的瞬态动力学进行了研究;模拟再现了一个有限的停止时间与以前的分析估计的屈服应力流体的停止流动。
2013-10-28 cond-mat.soft
Volumetric formulation of lattice Boltzmann models with energy conservation
我们分析了可压缩热流体流动的格子玻尔兹曼体积配方。速度集选择所需的精度，基于高斯-厄米求积程序，并测试对有界和无界流体中的控制问题。该方法允许模拟的thermohydrodyamical问题，而不需要保持准确的空间填充性质的速度集，但仍然确保准确的守恒定律的密度，动量和能量。边界条件问题和改进的基础上网格加密的问题也进行了研究。
2010-04-28 cond-mat.soft
Sliding periodic boundary conditions for lattice Boltzmann and lattice kinetic equations
我们提出了一种方法，通过使用滑动周期性边界条件施加线性剪切流的离散速度动力学模型的流体动力学。我们的方法是由一个显式的粗粒化的Lees-Edwards边界条件Couette流在分子动力学，随后由投影的子空间上的离散速度的格子玻尔兹曼方法得到的方程。边界条件的获得不诉诸微扰膨胀或修改的离散速度平衡，使我们的方法被应用到广泛的一类格子玻尔兹曼模型。我们的数值计算结果的剪切流体动力学的一个组分的等温流体显示出良好的协议与分析结果，而对于一个双组分流体的结果显示出明显的改善，比以前的方法引入Lees-Edwards边界条件到格子玻尔兹曼。使用我们的方法，我们得到一个动态的稳定状态下，在剪切的旋节分解的二维流体，在以前的方法给出虚假的有限大小的文物的条件下。
2005-03-08 cond-mat.soft
Simulations of amphiphilic fluids using mesoscale lattice-Boltzmann and lattice-gas methods
我们比较了两个最近开发的介观模型的二元不混溶和三元两亲性流体。我们详细描述和比较的算法，并讨论其稳定性。对三元液滴相和二元水-两亲性海绵相自组装的模拟结果进行了比较和讨论。这两种模型都需要并行实现和部署大规模并行计算资源，以实现合理的三维模型的模拟时间。两种不同的并行架构的并行化策略和性能进行了比较和讨论。多相流体的大规模三维模拟需要广泛使用高性能可视化技术，以便能够解释大量复杂的数据。我们报告我们的经验与两个商业可视化产品：AVS和VTK。我们还讨论了应用和使用新的计算转向技术，更有效地利用高性能计算资源。最后，我们对这两种模式的未来发展提出了一些建议。
2002-12-06 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations of self-propelling chiral active droplets
活性物质描述了其组分被连续能量消耗（例如来自ATP）驱动而脱离平衡的材料。由于组分的可取向特性，活性悬浮液可以达到液晶有序，并且可以在理论上描述为活性液晶。它们固有的非平衡动力学导致了一系列新的惊人的效果，在大多数情况下，其特征在于与数值模拟，使用格子玻尔兹曼模型（LB）。在许多活性生物体系中，手性起着重要的作用。生物分子如DNA、肌动蛋白或微管形成螺旋结构，其在足够高的密度下并且在没有作用力的情况下倾向于自组装成扭曲的螺旋相。因此，了解手性和活性之间相互作用的结果是一个重要而及时的问题。研究3D中的手性物质液滴，我们发现了一种新的运动模式的证据，其中表面拓扑缺陷的旋转运动以扇形图案排列。由于潜在的手征性而产生的规则推进运动是一个惊人的现象，也可以用于实际应用。使用并行（MPI）实现格子玻尔兹曼模型，和可用的HPC资源，进行研究的根本重要性。我们使用了不同的HPC集群，并在这些RECAS之间。这使我们能够在不同的计算基础设施上进行缩放测试。
2020-10-31 cond-mat.soft
Steady-state hydrodynamic instabilities of active liquid crystals: Hybrid lattice Boltzmann simulations
我们报告的混合格子玻尔兹曼（HLB）模拟的流体动力学的活性液晶夹在限制壁与各种锚定条件。我们确认存在一个被动相和主动相之间的过渡，其中有自发流动的稳定状态。在流动取向液晶的情况下，对于足够“可伸展”的棒，以及对于流动翻滚材料的情况下，对于足够“可收缩”的棒，可以实现这种转变。在一个准一维的几何形状，在流动对齐材料的活动阶段的深处，我们的模拟给出了滞后和历史相关的稳定状态，以及自发带状流的证据。相反，流动翻滚的材料会重新排列，只有两个边界层处于稳定状态。具有周期性边界条件的二维模拟显示了额外的不稳定性，自发流动表现为由“对流卷”组成的模式。这些结果表明一个显着的丰富性（包括依赖于锚定条件）的活性材料的稳态相行为，即使在没有外部强迫，他们没有对应的被动向列相。我们的HLB方法，它结合了格子玻尔兹曼的动量输运与有限差分格式的序参量动力学，提供了一个强大的和有效的方法，用于探测复杂的流体动力学行为的活性向列相。
2007-08-15 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
Emergence of rheological properties in lattice Boltzmann simulations of gyroid mesophases
我们使用晶格玻尔兹曼（LB）动力学方案建模的两亲性流体，正确预测流变学效应的流动。模型中不包括宏观参数。相反，三维流体动力学和流变学的影响是新兴的基本粒子守恒定律和相互作用。我们报告的证据剪切变稀和粘弹性流动的自组装螺旋状中间相。这种纯粹的动力学方法是普遍的重要性，建模和模拟复杂的流体流动的情况下，流变性能不能预测{ \em先验}。
2006-01-13 cond-mat.soft
Lattice-Boltzmann simulations of self-assembly of a binary amphiphilic fluid into ordered bicontinuous cubic and lamellar phases
我们报告的第一个结果，我们的三维，介观，两亲晶格玻尔兹曼模型，已被用来模拟有序立方相和层状相在二元水-表面活性剂系统的自组装的动力学。我们的研究结果提供了深入了解这些中间相在水和表面活性剂分子之间作用的各种分子力和驱动从层状到立方相的过渡的机制方面的机制。
2001-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Lattice Boltzmann simulations of a viscoelastic shear-thinning fluid
我们提出了一个混合格子玻尔兹曼算法的模拟流动玻璃形成流体，其特点是缓慢的结构弛豫，在纳维-斯托克斯方程的水平。流体描述的非线性积分本构方程，有关的应力张量局部的历史流量。作为一个应用程序，我们提出了一个积分非线性麦克斯韦模型，结合（线性）粘弹性和（非线性）剪切稀化的影响。我们讨论的瞬态动力学的速度，剪切应力，和正常的应力差异在平面压力驱动的通道流，开关（启动）和关闭（停止）的驱动压力。由于流体动力学动量扩散和缓慢的结构松弛之间的相互作用，这种瞬态动力学依赖于通道宽度。
2015-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Poisson-Boltzmann Equation with a Random Field for Charged Fluids
经典的Poisson-Boltzmann方程（CPBE）是一种通过平均离子涨落而得到的平均场论，被广泛用于研究带电流体中的离子分布。在本研究中，我们从场论推导出一个含有随机场的修正Poisson-Boltzmann方程，并通过在CPBE中加入乘性噪声来恢复离子涨落。具有随机场的泊松-玻尔兹曼方程（RFPBE）捕获了离子涨落的影响，并给出了与CPBE相比不同的带电流体中的离子分布。为了解决RFPBE，我们提出了一种基于路径积分表示的蒙特卡罗方法。数值结果表明，离子涨落的作用加强了离子向区域内的扩散，并使离子在流体中均匀分布。流体中的最终离子分布由离子涨落和边界施加的静电力之间的竞争决定。RFPBE由于充分利用了Monte Carlo方法的优点，对高维系统具有通用性和可行性。我们使用RFPBE研究一个二维系统作为一个例子，其中的离子涨落的影响被清楚地捕获。
2019-07-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Lattice-Boltzmann Method for Non-Newtonian Fluid Flows
我们研究了一个特设的格子玻尔兹曼方法，允许模拟广义牛顿模型所描述的非牛顿流体的扩展。我们广泛测试的剪切变稀和剪切增稠截断幂律流体的平行板几何形状的情况下，该方法的准确性，并表明，相对误差与解析解衰减近似线性的晶格分辨率。最后，我们还测试了该方法在再入流的几何形状，其中的剪切速率不再是一个标量和两个奇异点的存在需要高精度，以获得满意的分辨率在这些点附近的局部应力。在这种几何形状中，我们还发现了与标准有限元方法获得的解决方案非常一致，并且随着晶格分辨率的提高，这种一致性得到了提高。
2005-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ternary Free Energy Lattice Boltzmann Model with Tunable Surface Tensions and Contact Angles
提出了一个新的三元自由能格子Boltzmann模型。我们的模型的显着特点是，我们能够解析推导出并独立地改变所有的流体-流体表面张力和固体表面接触角。我们进行了一些基准测试：（i）双重乳液和液体透镜，以验证的表面张力，（ii）三元流体接触的一个正方形井比较的接触角对分析预测，和（iii）三元相分离，以验证多组分流体动力学是准确捕获。此外，我们还描述了如何在这里提出的模型可以扩展到包括任意数量的流体成分。
2016-02-19 cond-mat.soft physics.comp-ph
Phase separation of incompressible binary fluids with Lattice Boltzmann Methods
我们介绍了新版本的格子玻尔兹曼方法（LBM）的不可压缩的二元混合物的总密度的波动被抑制。作为改进算法的测试，我们考虑的问题相分离的二维二元混合物淬火从无序状态到共存区域。我们发现，LBM的稳定性大大提高。密度波动的控制和运行更长时间模拟的可能性允许更精确地评估生长指数。
2003-09-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermal fluctuations in the lattice Boltzmann method for non-ideal fluids
在非理想流体的格子玻尔兹曼方法中引入热涨落。在朗之万框架内推导出一个波动耗散定理，并将其应用于一个特定的格子玻尔兹曼模型，该模型近似于基于平方梯度自由能泛函的流体的线性化波动纳维-斯托克斯方程。所获得的热噪声示出，以确保在模拟中的所有自由度的平衡，以高精度。此外，我们证明了令人满意的结果，波动流体力学的最实际应用已经可以实现使用热噪声在长波长限制。
2010-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Finite-Difference Lattice Boltzmann Methods for binary fluids
我们研究了二元流体的双流体BGK动力学方法。所开发的理论适用于非对称和对称系统。对于对称系统，它恢复了Sirovich的理论，并总结在模型A和B中。对于非对称系统，它提供了模型C，D和E，当两个组件的总质量和/或局部温度相差很大时，这些模型特别有用。动力学模型采用八边形离散速度模型进行离散。离散速度动力学模型和连续速度动力学模型需要描述相同的流体动力学方程。将离散速度动力学模型与适当的有限差分格式相结合，构成了有限差分格子玻尔兹曼方法。通过研究（i）均匀松弛过程，（ii）等温Couette流，和（iii）扩散行为，验证了制定的方法的有效性。
2005-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A unified framework for dynamic density functional and Lattice Boltzmann methods
利用动力学理论和液态理论的方法，我们提出了一个分子流体的非平衡行为的描述，它考虑到它们的微观结构和热力学性质。目前的工作代表了一种替代最近的动态密度泛函理论，它只能处理胶体流体，并不倾向于描述分子流体的流体动力学行为。该方法是基于一个适当的修改的玻尔兹曼传输方程的相空间分布，并提供了一个详细的描述的局部结构的流体和非均匀条件下的传输系数。最后，我们提出了一个实用的方案来解决数值和有效的动力学方程采用离散化过程中使用的类似的格子玻尔兹曼方法。
2009-02-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Weighted density Lattice Boltzmann approach to fluids under confinement
为了改进对输运系数的描述，重新考虑了最近为研究强非均匀流体而引入的类Enskog动力学方法。该方法是基于流体动力学和非流体动力学部分之间的相互作用的分离。后者是在一个简单的松弛近似处理。我们表明，通过考虑非流体动力学部分通过加权密度近似，我们得到了更好的预测的输运系数。由于动力学方程的简单性，我们能够通过格子玻尔兹曼方法数值求解存在非均匀性（例如限制表面）时的相空间分布。分析估计这些修正的重要性，在散装条件下的传输系数。本文研究了硬球流体在两平行光滑壁面间的Poillille流动，确定了它们的孔平均性质。
2013-04-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulation of Flow of Mixtures Through Anisotropic Porous Media using a Lattice Boltzmann Model
提出了一种基于格子Boltzmann（LB）方法的各向异性多孔介质中混溶和不混溶流体混合物瞬态渗透模拟方法。我们的模型结合了流体动力学流动，扩散，表面张力，并考虑各种类型的硬化流体的全球和局部粘度变化的可能性。可混溶的混合物由两种流体组成，一种由流体动力学方程控制，另一种由扩散方程控制。我们验证了我们的模型上的标准问题，如Poietille流，一个不可渗透的，疏水的界面和变形的流体由于表面张力力的液滴的碰撞。为了证明复杂的几何形状的适用性，我们模拟混合物的入侵过程中到木材云杉样品。
2009-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Uncovering novel phase transitions in dense dry polar active fluids using a lattice Boltzmann method
干活性物质的动力学对跨越一系列长度和时间尺度的生物现象的多样性集合具有影响，例如动物群集、细胞组织动力学以及插入物和细菌的群集。将这些系统统一起来的是一组共同的对称性和守恒定律，将干活性流体定义为一类物理系统。在高密度下观察到许多有趣的行为，由于计算需求，这些行为仍然难以模拟。在这里，我们展示了如何在一个致密的政权二维干活性流体可以使用一个简单的修改格子玻尔兹曼方法进行研究。我们将我们的方法应用到一个模型上，该模型表现出运动诱导的相分离，以及与集体细胞迁移相关的接触抑制运动的活性模型。对于后者，我们发现了多个新颖的相变：两个一阶相变和一个潜在的临界相变。我们进一步支持我们的模拟结果，通过查普曼-恩斯科格粗粒化过程中获得的流体动力学方程的分析处理。
2021-01-04 cond-mat.soft physics.comp-ph
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
Lattice Boltzmann method for inhomogeneous fluids
提出了一种基于格子的数值方法来描述非均匀空间条件下简单流体的非平衡行为。从系统的微观描述出发，导出了单粒子相空间分布函数的演化方程。它涉及一系列近似，这些近似类似于非均匀流体理论中所采用的近似，例如密度泛函理论。本方法的优点包括：可以确定模型的状态方程、输运系数，并提供非均匀条件下有效的数值求解方法。该算法是在一个特定的非平衡的情况下，即稳定的硬球流体流过一个狭窄的狭缝。在密度和速度分布中发现了明显的非流体动力学振荡。
2007-12-13 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Ternary Lattice Boltzmann Model for Amphiphilic Fluids
提出了一种两亲性流体动力学的格子Boltzmann模型。它是一个三元模型，因为它分别为存在的每种化学物质（水，油，两亲物）保留质量，并且它保持两亲物质的取向自由度。此外，它通过引入粒子之间的自洽力来模拟微观水平上的流体相互作用，而不是通过设定朗道自由能泛函。这种特性的组合填补了目前两亲性流体动力学模型层次结构的重要需求，使有效的计算机模拟和提供新的理论见解。从这个模型得到的几个计算结果，并与现有的晶格气体模型的结果进行比较。特别是，值得注意的是，层状结构，这是排除了Peierls不稳定性在二维系统中的动力学波动，没有观察到晶格气体模型，但很容易发现在相应的晶格玻尔兹曼模型。这指出了每种模型所能达到的现象学的显著差异。
1999-10-22 comp-gas cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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 collisional model of odd fluids: from Boltzmann equation to chiral hydrodynamics
本文以恒定力矩驱动的粗糙非弹性稀薄颗粒气体为最小碰撞模型，结合玻尔兹曼动理学与绝热消去法数值计算响应系数，建立了奇流体的微观碰撞描述，并发现奇响应系数可在力矩方向固定时变号。
2025-08-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lattice Boltzmann simulations of spontaneous flow in active liquid crystals: the role of boundary conditions
活性液晶或活性凝胶是可以物理实现的软材料，例如通过制备与分子马达相互作用的细胞骨架丝的溶液。我们研究了具有各种边界条件的板状几何结构中的有源液晶的流体动力学，通过格子Boltzmann模拟数值求解其运动方程。在所有的情况下，我们发现，主动液晶可以维持自发流在稳态相反，他们的被动同行，并与最近的理论预测。我们进一步发现，冲突锚定条件的边界导致自发流的任何值的“活动”参数，而与未受挫锚定在所有边界自发流只发生在活动超过一个临界阈值。最后，我们讨论了在几个选定的情况下，导致稳态的动态路径。
2007-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Novel Velocity Discretization for Lattice Boltzmann Method: Application to Compressible Flow
本文提出一种基于bump函数的新型速度离散化方法，通过引入均值和方差自由度使平衡矩匹配至三阶矩，从而恢复可压缩流体的宏观方程，并用基准模拟验证了方法的有效性。
2024-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft 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
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
Fluctuating lattice Boltzmann
格子Boltzmann算法有效地模拟了等温流体流动的纳维-斯托克斯方程，但忽略了流体的热波动，这在介观流动中很重要。我们将展示如何适应算法，包括噪声，满足波动耗散定理（FDT）直接在晶格水平：这给出了正确的波动质量和动量密度，并为应力，在所有波矢$k$。不像以前的工作，恢复FDT仅为$k\to 0$，我们的算法提供了完整的统计力学一致性中尺度模拟，例如，波动的胶体流体力学
2005-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulating dynamics of ellipsoidal particles using lattice Boltzmann method
本文提出一种基于格子玻尔兹曼方法和四元数隐式更新方案的椭球颗粒-流体耦合模拟算法，并通过平动、漂移、Jeffrey轨道及微型游泳者自推进等算例验证了其准确性与鲁棒性。
2024-05-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Particle-resolved lattice Boltzmann simulations of 3-dimensional active turbulence
悬浮液中的微型游泳者的集体行为往往是由长期的流体动力学相互作用的影响。这些现象包括主动湍流，其中足够密度的推进细菌悬浮液表现出大规模的混沌流动。为了研究这种集体现象，我们使用大规模（高达$N=3\times 10^6$）的粒子分辨晶格玻尔兹曼模拟模型microsomymer描述的扩展应力。这样的系统尺寸使我们能够获得定量信息的过渡到活跃的湍流和湍流状态本身的特征。在稀释极限，我们测试分析预测的静态和动态特性对我们的模拟结果。对于较高的游泳者密度，游泳者-游泳者的相互作用变得显着，我们数值计算表明，湍流的长度和时间尺度急剧增加附近的预测有限系统的过渡密度。
2019-08-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Prandtl number effects in MRT Lattice Boltzmann models for shocked and unshocked compressible fluids
China University of Mining and Technology (Beijing)（中国矿业大学（北京））；Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）
提出一种新的MRT格子玻尔兹曼模型，通过修改能量通量碰撞算子使模型适用于无冲击可压缩流体，并验证了普朗特数效应。
2011-06-04 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Large-scale lattice Boltzmann simulations of complex fluids: advances through the advent of computational grids
在过去的两年里，RealityGrid项目使我们成为参与计算网格开发的少数科学团体之一。由于目前还没有能够顺利工作的生产网格，我们已经能够在项目中对软件开发和网格部署的方向产生实质性的影响。在本文中，我们回顾了我们的结果，从大规模的三维格子玻尔兹曼模拟在过去的两年中进行。我们描述了如何积极主动地使用计算转向和先进的工作迁移和可视化技术，使我们能够更有效地做我们的科学工作。在本文中报告的项目是复杂的流体流动剪切或多孔介质中的研究，以及大规模的参数搜索，和研究的自组织液体立方中间相。电影可在http://www.ica1.uni-stuttgart.de/~jens/pub/05/05-PhilTransReview.html上获得
2005-01-11 cond-mat.other cond-mat.soft cs.DC
