Three-Dimensional Multi-Relaxation Time (MRT) Lattice-Boltzmann Models for Multiphase Flow
本文提出了一种三维多相流多重弛豫时间格子玻尔兹曼模型。与Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）模型（一种广泛采用的动力学模型）相比，MRT模型中由于粒子群碰撞而引起的弛豫过程的速率可以独立调整。因此，MRT模型提供了一个显着的改善数值稳定性的LB方法模拟较低粘度的流体。我们通过Chapman-Enskog多尺度分析表明，三维MRT LB模型的连续极限行为对应于多相流的宏观动力学方程。我们扩展了3D MRT LB模型，用于表示具有降低的压缩性效应的多相流。通过验证静态液滴的Laplace-Young关系和液滴的振荡频率来评估多相模型。结果表明，与现有的数据和数值稳定性显着增益令人满意的协议。
2006-11-02 physics.comp-ph 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
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
Additional interfacial force in lattice Boltzmann models for incompressible multiphase flows
现有的不可压缩多相流格子Boltzmann模型大多采用两种分布函数构造，一种是用于跟踪不同相之间界面的序参量分布函数，另一种是用于求解速度场的压力分布函数。在这篇简短的报告中，它表明，在这些模型中恢复的动量方程是不一致的目标：一个额外的界面力包括在恢复的动量方程。通过数值模拟液滴在薄液膜上的飞溅和液滴在重力作用下的下落，研究了附加力的影响。在前一种试验中，发现二次液滴的形成和演化受到很大的影响，而在后一种试验中，发现附加力增加了液滴的下降速度，限制了液滴的拉伸。
2011-10-22 physics.comp-ph
Three-dimensional non-orthogonal multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for multiphase flows
在经典的多重弛豫时间（MRT）格子玻尔兹曼（LB）方法中，变换矩阵是通过构造一组正交基向量来形成的。在本文中，理论和数值研究进行调查的能力和效率的非正交MRT-LB模型模拟多相流。首先，提出了一种三维非正交MRT-LB。基于一组非正交基向量，设计了一种非正交MRT碰撞算子，与正交MRT碰撞算子相比，该碰撞算子的变换矩阵及其逆矩阵得到了极大的简化.进一步通过Chapman-Enskog分析，从理论上证明了三维非正交MRT-LB模型在低马赫数极限下能够正确地恢复Navier-Stokes水平的宏观方程。基于赝势多相LB方法，对非正交MRT-LB模型和常规正交MRT-LB模型进行了多相流数值模拟比较。数值结果表明，与通常的正交MRT-LB模型相比，非正交MRT-LB模型在保持数值精度的同时简化了实现。
2018-05-22 physics.comp-ph
Improved three-dimensional color-gradient lattice Boltzmann model for immiscible multiphase flows
本文提出了一种改进的三维色梯度格子Boltzmann（LB）模型，用于模拟不混溶多相流。与以往的三维颜色梯度LB模型相比，由于恢复的宏观方程中的误差项，使得三维颜色梯度LB模型在许多情况下缺乏伽利略不变性，数值误差较大，本模型消除了误差项，从而提高了数值精度，增强了伽利略不变性.为了验证所提出的模型，进行了数值模拟。首先，通过均匀流场中液滴运动的试验验证了改进模型的伽利略不变性。随后，对分层两相流和三维Rayleigh-Taylor不稳定性进行了数值模拟。结果表明，与未作改进的颜色梯度LB模型相比，改进后的模型的数值精度得到了显著提高。最后，通过对液滴撞击固体表面的模拟，验证了改进的颜色梯度LB模型在较大密度比下模拟动态多相流的能力。
2019-04-07 physics.comp-ph
Chemical-potential Multiphase Lattice Boltzmann Method with Superlarge Density Ratios
液气密度比是多相流方法模拟真实流体系统的关键属性。在这里，化学势多相格子玻尔兹曼方法被构造成实现极大的密度比。模拟结果表明，该方法可以达到非常低的温度，在该温度下，液气密度比大于10^14，同时仍然保持热力学一致性。通过比例系数将网格空间与动量空间解耦，较小的网格步长提供了更密集的网格节点来准确描述过渡区域，并且由此产生的维度变换不会损失准确性。采用紧致有限差分法计算网格空间中的高阶离散导数。这提高了非理想力的计算精度，并将寄生电流抑制到很低的水平，即使密度比高达数万。通过对水滴飞溅的模拟，验证了该模型对动态流场的伽利略不变量性。采用化学势的上限值来减小非物理因素的影响，提高稳定性。
2020-06-17 physics.comp-ph
Spurious currents suppression by accurate difference schemes in multiphase lattice Boltzmann method
杂散电流是多相流扩散界面法模拟中经常出现的非物理现象，它会影响计算的精度和稳定性。本文利用化学势驱动的多相格子玻尔兹曼方法研究了寄生电流的产生和抑制。离散梯度算子的差分误差和不充分的各向同性都会引起非理想力的方向偏差，从而产生寄生电流。然而，高阶有限差分比高阶各向同性差分产生更精确的结果。比较了几种具有不同形式精度和分辨率的有限差分格式。当采用大比例系数时，过渡区窄而陡，有限差分的分辨率比形式精度更准确地反映了计算精度。相反，对于小比例系数，过渡区宽而平缓，有限差分的形式精度表明计算精度优于分辨率。数值模拟结果表明，在3D情形下计算的杂散电流与2D情形下的杂散电流具有很好的一致性，特别是高阶精度有限差分法计算的两相共存密度与Maxwell等面积结构的理论预测在约化温度为0.2时具有很好的一致性.
2022-05-17 physics.comp-ph
Thermal lattice Boltzmann method for multiphase flows
提出了一种新的多相格子Boltzmann（LB）方法来模拟热输运。当存在相边界时，需要求解能量输运方程。内能由一组额外的分布函数表示，这些分布函数根据模拟被动标量的传输的类似LB的方程而演化。利用粒子间的“赝力”阻止能量的扩散，从而抑制了大密度梯度边界附近的寄生热扩散。用有限差分法计算了压缩功和热扩散。相变的潜热在液体和蒸汽之间的薄过渡层的内侧释放或吸收。这允许避免接口跟踪。对工艺的所有方面进行了几次测试。结果表明，热传导过程的伽利略不变性和标度性以及声速与热容比的正确关系成立。该方法的内能格式扩散小，适用于大范围的多相流传热传质问题。
2017-07-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
accLB: A High-Performance Lattice Boltzmann Code for Multiphase Turbulence on Multi-Gpu Architectures
本文提出accLB，一种基于Fortran的高性能格子玻尔兹曼求解器，通过耦合Allen-Cahn方程与正则化LB方法，利用MPI和OpenACC在多GPU架构上实现多相湍流的高效模拟，并在预百亿亿次系统上验证了其扩展性与物理准确性。
2025-05-02 physics.comp-ph 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
Improved three-dimensional thermal multiphase lattice Boltzmann model for liquid-vapor phase change
利用格子玻尔兹曼（LB）方法模拟液-汽相变近年来引起了人们的极大关注。本文提出了一种改进的三维热多相LB模型，用于模拟汽液相变。所提出的模型具有以下特点。首先，它仍然在使用温度分布函数的热LB方法的框架内，因此保留了热LB方法的基本优点。其次，在现有的热LB模型中，梯度项$\nabla \cdot u$和$\nabla T$的有限差分计算通常需要在边界节点处进行特殊处理，而在所提出的热LB模型中，这两项是局部计算的。此外，在一些现有的热LB模型中，通过在矩空间中对碰撞过程添加局部校正项来消除误差项${\partial _{t_0}}\left( {Tu} \right)$，这导致这些热LB模型在二维中限于D2 Q9晶格，在三维中限于D3 Q15或D3 Q19晶格。相反，所提出的模型没有遭受这样的误差项，因此热LB方程可以构造在D3 Q7晶格上，这简化了模型，提高了计算效率。数值模拟结果验证了所提出的热多相LB模型模拟汽液相变的准确性和有效性。
2022-01-16 physics.comp-ph
Lattice Boltzmann methods for multiphase flow and phase-change heat transfer
在过去的几十年里，基于粒子的离散模拟方法相对于传统的基于连续介质的方法已经取得了巨大的进展。特别是，晶格玻尔兹曼（LB）方法已经从一个理论上的新颖性，发展成为一个无处不在的，通用的和强大的计算方法的基础研究和工程应用。它是一种基于动力学的介观方法，在微观尺度和宏观尺度之间架起了桥梁，在模拟精度和计算效率方面具有独特的优势。LB方法的应用已经在广泛的学科中发现，包括物理、化学、材料、生物医学和工程的各个分支。目前的工作提供了一个全面的审查LB方法的热流体和能源的应用，侧重于多相流，热流和热多相流的相变。首先介绍了LB方法的理论框架，揭示了多相和热LB模型存在的不一致性和缺陷以及共同特点。在改善热力学和流体力学一致性、减少杂散流、提高数值稳定性等方面的最新进展，突出显示。这些努力使LB方法建立在更坚实的理论基础上，增强了LB模型，可以实现更大的液气密度比，更高的雷诺数和灵活的表面张力。在燃料电池和蓄电池、液滴碰撞、沸腾传热和蒸发以及能量存储中提供了应用实例。最后，展望了LB方法在热流体和能源领域的应用前景。
2015-10-08 physics.comp-ph
Axisymmetric lattice Boltzmann model for multiphase flows with large density ratio
基于Allen-Cahn相场论，提出了一种新的格子Boltzmann（LB）模型，用于模拟轴对称多相流。该模型最大的特点是能够处理大密度比的多相流，这是以往的轴对称LB模型所不能做到的。该模型采用两个LB演化方程，其中一个用于求解流体界面，另一个用于求解流体力学性质。为了有效地模拟轴对称多相流，在LB方程中引入了合适的源项和平衡分布函数，用于界面跟踪，同时在LB方程中设计了简单有效的强迫分布函数，用于流体力学性质的求解。与许多现有的LB模型不同，该模型的源和强迫项所产生的轴对称效应不包括额外的梯度，因此，本模型只包含一个非局部相场变量，这在这方面是简单得多。我们进一步进行了Chapman-Enskog分析，以证明我们目前的MRT-LB模型与轴对称Allen-Cahn方程和流体动力学方程的一致性。一系列的数值例子，包括静态液滴，振荡的粘性液滴，液体线程的破碎，和气泡在连续相上升，被用来测试所提出的模型的性能。结果发现，本模型可以产生相对较小的虚假速度，可以捕捉界面动力学具有更高的精度比以前改进的轴对称LB模型。此外，我们还发现，我们目前的数值计算结果显示出良好的协议与解析解或现有的实验数据的密度比范围很广，这突出了所提出的模型的优势。
2018-10-22 physics.comp-ph
A pseudopotential multiphase lattice Boltzmann model based on high-order difference
双曲正切函数通常被用作具有相变的系统的平衡密度分布的可靠近似。然而，通过对数值导数的精度分析，我们发现中心差分法（CDM）计算的数值导数与解析解有较大偏差，而高阶差分法（HDM）计算的数值导数与解析解吻合较好。因此，我们引入HDM代替流行的CDM来评估粒子间的相互作用，并提出了一个基于高阶差分方法的赝势多相格子Boltzmann模型。该模型既保留了赝势模型易于实现、效率高、完全并行等优点，又具有较高的精度。为了验证该模型的性能，进行了几个多相流模拟，包括静态和动态的情况。首先，在大温度范围和大密度比下，在没有任何组合相互作用和任何额外的可调相互作用参数的情况下，实现了对流行状态方程的完全热力学拟合。第二，在高阶差分下，无论是Shan-Chen还是Zhang-Chen提出的粒子间相互作用都能等价地描述流体的相变。这些基于HDM的数值协议是一致的理论分析，这两个模型在数学上是相同的。第三，本模型在较宽的温度范围内是稳定和准确的。最后，我们新提出的模型可以很容易地和可靠地应用到各种实际的模拟，并有望获得一些更有趣的结果。
2017-12-17 physics.comp-ph
Contact angle measurement on curved wetting surface in multiphase lattice Boltzmann method
接触角是表征基材润湿性的基本物理量。虽然它被广泛应用于表面润湿、毛细现象和移动接触线的研究，但在实验和模拟中测量接触角仍然是复杂和耗时的。在本文中，我们提出了一个有效的计划，实时和现场测量的接触角弯曲润湿表面的格子玻尔兹曼模拟。测量结果与不考虑重力影响的球冠法的理论预测吻合得很好。一系列的模拟与不同的液滴大小和表面曲率证实，本计划是网格无关的。在重力环境下，模拟了静止液滴和悬垂液滴在弯曲润湿表面上的变形，验证了该方法的有效性。数值计算结果与实验观测结果高度一致，支持了微观接触角与重力无关的理论分析。此外，该计划被应用到捕获的动态接触角滞后均匀或化学不均匀的曲面。重要的是，精确的接触角测量能够在移动接触线处进行机械分析。本测量方法简单有效，可以推广到各种多相格子玻尔兹曼模型中。
2022-02-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thread-safe multiphase lattice Boltzmann model for droplet and bubble dynamics at high density and viscosity contrasts
本文提出高阶线程安全格子玻尔兹曼方法，结合保守Allen-Cahn界面捕捉方程，模拟高密度与黏度对比的液滴和气泡动力学，并在GPU架构上验证了其准确性与高性能计算潜力。
2025-01-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Third-order analysis of pseudopotential lattice Boltzmann model for multiphase flow
在这项工作中，三阶Chapman-Enskog分析的多重弛豫时间（MRT）的赝势格子玻尔兹曼（LB）模型的多相流进行的第一次。在由格子Boltzmann方程（LBE）恢复的三阶宏观方程中，成功地确定了相互作用力的主导项，包括各向异性项和各向同性项，从而为赝势LB模型提供了新的数学见解.对于三阶各向异性项，数值试验表明它会导致静止液滴的不圆，这表明在赝势LB模型中需要认真考虑LBE的各向同性特性。通过采用经典平衡矩或将所谓的“魔”参数设为1/12，可以消除各向异性项，这一点在本文的三阶分析中得到了发现，并得到了数值验证。对于三阶各向同性项，当且仅当它被考虑时，才能得到精确的连续形式的压力张量，由此得到的共存密度与数值结果总是吻合得很好.与这种连续形式的压力张量相比，经典的离散形式的压力张量只有在各向同性项为特定项时才是准确的。最后，在现有的三阶分析框架下，提出了一个三阶附加项的相容方案，该方案可以独立调节共存密度和表面张力。数值试验验证了该格式的有效性。
2016-05-02 physics.comp-ph
Continuum Free-Energy formulation for a class of Lattice Boltzmann multiphase models
结果表明，非理想格子流体的Shan-Chen（SC）模型可以通过简单地加入梯度力而符合伪自由能原理，梯度力的表达式是唯一地用流体密度表示的.这个额外的长期数字显示，提供相当可以忽略不计的影响，在相分离过程中的系统演变。据我们所知，SC模型的这些重要性质以前没有被注意到。在目前的工作中开发的方法是基于连续分析：进一步的扩展，更符合离散晶格理论（X。Shan，{ \it Phys Rev E}，{ \bf 77} 066702（2008））。
2009-01-29 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Achieving thermodynamic consistency in a class of free-energy multiphase lattice Boltzmann models
自由能格子玻尔兹曼（LB）模型是LB社区中主要的多相模型之一。本研究的重点是一类自由能LB模型，其中的热力学压力张量或其等价形式表示的化学势的发散被纳入LB方程通过强迫项。虽然这类自由能LB模型在连续水平上可能是热力学一致的，但由于数值误差，它在离散晶格水平上存在热力学不一致性[Guo等人，Physical Review E 83，036707（2011）]。数值误差项主要包括两部分，一部分来自离散梯度算子，另一部分可以在高阶Chapman-Enskog分析中识别。在本文中，我们提出了一个改进的计划，以消除上述类别的自由能LB模型的热力学不一致。改进格式通过对标准LB方程的状态方程进行修正，使力计算不再涉及$\nabla \left( {ρc_{\rm{s}}^{\rm{2}}} \right)$的离散，从而大大减小了数值误差。随后进行了数值模拟，以验证所提出的计划。数值计算结果表明，与基于强迫的自由能LB模型相比，改进后的方案能够消除热力学不一致性，并能显著降低寄生电流.
2020-12-18 physics.comp-ph
An efficient three-dimensional multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for multiphase flows
本文提出了一种适用于多相流模拟的具有多重弛豫时间碰撞算子的三维格子Boltzmann模型。这个模型是我们以前的二维模型（H。梁湾，澳-地C.施，Z. L. Guo和Z. H. Chai，Phys. Rev. E. 89，053320（2014））到三维，使用用于Chan-Hilliard方程（CHE）的D3 Q7（三维中的七个离散速度）晶格和用于纳维-斯托克斯方程（NSE）的D3 Q15晶格。由于采用了较小的网格速度数，在模拟真实三维流动时，计算效率得到了显著提高，同时通过chapman-Enskog过程，该模型能够正确地恢复到CHE和NSE。通过两个基准界面跟踪问题，将本文提出的MRT模型与单弛豫时间模型和三维LB模型进行了比较，数值结果表明，本文提出的MRT模型在界面捕捉的精度和稳定性方面都有了显著的提高.所开发的模型也能够处理具有非常低的粘度的多相流体，由于使用的MRT碰撞模型，这是通过模拟在不同的雷诺数的经典瑞利-泰勒不稳定性证明。在这项工作中考虑的最大雷诺数达到$4000$，这是大于那些几乎以前的模拟。研究发现，在高雷诺数下，不稳定性导致界面结构更加复杂。
2015-07-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann modeling of multiphase flows at large density ratio with an improved pseudopotential model
赝势多相格子Boltzmann（LB）模型因其概念简单、计算效率高而受到广泛关注。在这项工作中，我们的目标是扩展的赝势LB模型模拟多相流在大密度比和相对较高的雷诺数。首先，根据我们最近的工作[李等人，物理学修订版E。86，016709（2012）]，提出了一种改进的多弛豫时间赝势LB模型的强迫方案，以实现模型的热力学一致性和大密度比。其次，通过考察Carnahan-Starling状态方程中参数a的影响，发现界面厚度近似与1/sqrt（a）成正比。在大密度比下，采用较小的α将导致较宽的界面厚度，这可以减少杂散电流，提高赝势模型的数值稳定性。此外，还发现在赝势模型中，通过增大汽液两相的运动粘度比，可以得到较低的液相粘度。通过对静止液滴和液滴振荡的数值模拟，验证了改进的赝势LB模型的有效性。利用改进的模型和上述处理方法，在雷诺数为40 ~ 1000，密度比大于500的条件下，对液滴在薄液膜上的飞溅进行了数值模拟。正确再现了液滴飞溅的动力学，发现预测的扩散半径服从文献中报道的幂律。
2013-04-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Improved third-order scheme in pseudopotential lattice Boltzmann model for multiphase flows
Central South University（中南大学）；Yangtze University（长江大学）
本文提出改进的三阶方案以抑制相界面处的虚假速度振荡，通过分析两相泊肃叶流的离散层面，验证了该方案在不同界面情况下的有效性，展示了其在减少拖曳力高估和获得可靠结果中的重要性。
2026-04-15 physics.comp-ph 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
Numerical Simulation of Oscillating Multiphase Heat Transfer in Parallel plates using Pseudopotential Multiple-Relaxation-Time Lattice Boltzmann Method
Nanchang University（南昌大学）
本研究采用伪势多松弛时间格子玻尔兹曼方法模拟平行板内振荡多相流与冷凝，发现振荡流促进出口区蒸汽积聚，增大润湿性利于冷凝并影响液滴间距。
2018-03-05 physics.comp-ph
Modeling realistic multiphase flows using a non-orthogonal multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method
本文提出一种基于非正交基向量的三维MRT-LBM，简化了空间转换并提升跨格子可移植性，扩展至大密度比多相流后，通过基准案例和液滴撞击等真实场景验证了其稳定性与准确性。
2023-06-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
Discrete Boltzmann modeling of multiphase flows: hydrodynamic and thermodynamic non-equilibrium effects
建立了一个离散Boltzmann模型（DBM），用于研究相分离过程中的流体动力学和热力学非平衡（TNE）效应。粒子间力驱动变化，而由宏观量的梯度引起的梯度力则与变化相反。在本文中，我们通过对各种非平衡观测量的详细检查来研究它们之间的相互作用。基于TNE特征，我们定义了一个TNE强度，它粗略地估计了偏离热力学平衡的幅度。TNE强度随时间的演化提供了一个方便有效的物理判据来区分调幅分解和畴生长的阶段。通过DBM模拟和该判据，定量研究了相变潜热和表面张力对相分离的影响。结果表明，TNE强度在失稳分解阶段末达到最大值，随着潜热从零开始增加，TNE强度逐渐减小。表面张力的作用有三个方面，即延长了失稳分解阶段的持续时间，降低了最大TNE强度，并加快了畴生长阶段的速度。
2015-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Memory-efficient Lattice Boltzmann Method for low Reynolds number flows
通过假设恒定的数值粘度（弛豫时间固定为$τ=1$）简化了格子玻尔兹曼方法算法。这导致从计算机存储器中删除分布函数。为了测试求解器，Poiffille和驱动腔流被模拟和分析。解的误差随着网格尺寸L的增大而减小，即$L^{-2}$。与标准算法相比，该算法实现简单，时间短。在低雷诺数流动中，它不太容易出错，需要的工作内存也明显较少。我们的测试表明，该算法是效率较低的多相流。为了克服这个问题，进一步的扩展和时刻唯一的配方推导，灵感来自多松弛时间（MRT）的方法为单组分多相流。
2021-10-05 physics.comp-ph
Lattice Boltzmann method for simulation of diffusion magnetic resonance imaging physics in multiphase tissue models
我们报告的格子玻尔兹曼方法（LBM）集成的布洛赫-托里方程，它描述了横向磁化矢量的演变和扩散磁共振成像（dMRI）的信号的命运的实施。出于对生物组织中dMRI实验解释的需要，以及为了弥补经典LBM的小时间步长限制，引入并实现了混合LBM方案来求解Bloch-Torrey方程。提出了一种膜边界条件，该条件能够准确地表示通常在生物组织中发现的薄曲线膜的影响。如实施的，混合LBM方案适应分段均匀运输，dMRI参数，周期性和镜像外边界条件，以及非边界一致内边界上的有限膜渗透率。通过与极限情况下的解析解比较，证明了混合LBM格式比经典LBM格式具有更高的精度。建议的显式LBM计划保持二阶空间精度，稳定性和一阶时间精度的参数范围很广。混合LBM代码在多CPU计算机系统中以及在GPU上的并行实现是直接且高效的。随着提供一定的优势，有限元或蒙特卡罗计划，提出的混合LBM构成一个灵活的计划，可以很容易地适应更复杂的界面条件和物理模型的异质多相组织模型，并适应复杂的dMRI序列。
2020-10-08 cs.CE physics.comp-ph physics.med-ph
Lattice Boltzmann models for the hydrodynamic equations in multiphase flow with high density ratio
本文提出了一种基于格子动力学方案的新型格子玻尔兹曼模型，用于高密度比多相流中提高流体动力学方程的精度和鲁棒性。
2025-11-30 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
Achieving tunable surface tension in the pseudopotential lattice Boltzmann modeling of multiphase flows
在本文中，我们的目的是解决一个重要的问题，赝势格子玻尔兹曼（LB）模型，这引起了人们的关注，作为一个介观模型模拟复杂流体的界面动力学，但遭受的问题，表面张力不能独立的密度比调谐。在文献中，设计了多范围电位来调节表面张力[Sbragaglia等人，E 75，026702（2007）]。然而，最近发现，当采用多量程电位调节表面张力时，体系的密度比会发生变化。因此，在本工作中提出了一种新的方法。其基本策略是在LB方程中加入源项，以调节赝势LB模型的表面张力。所提出的方法可以保证表面张力的调整不影响赝势LB模型的机械稳定性条件，从而提供了对表面张力和密度比的单独控制。同时，它仍然保留了赝势LB模型的介观特征和计算简单性。对静止液滴、毛细波和液滴在薄液膜上的飞溅进行了数值模拟。数值结果表明，该方法能够在很宽的范围内实现表面张力的可调，并且在调节表面张力时，密度比保持不变.
2013-10-14 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thermokinetic model of compressible multiphase flows
我们提出了一种新的动力学理论建模方法，使其相应的状态方程所提出的一个通用的，真正的气体模拟。该模型是基于质量，动量和能量守恒，不像格子玻尔兹曼模型，能够模拟流体表现出液体-蒸汽相变在超临界和亚临界状态。在新的动力学理论中，通过对离散粒子速度的重新标度，可以引入任意的状态方程，不同的实际气体热力学基准表明，所提出的方法可以处理大范围的可压缩多相流。
2020-02-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A hybrid particle volume-of-fluid method for curvature estimation in multiphase flows
本文提出了一种用于多相流流体体积模拟中界面曲率估计的粒子方法。该方法是非常适合于解决接口，它被证明是更准确的比抛物线拟合，在这种情况下。曲率是从被约束到圆弧并被吸引到界面的粒子的平衡位置计算的。建议的粒子方法相结合的高度函数的方法在更高的分辨率，它被证明优于目前的高度函数和抛物线拟合的组合。该算法在概念上是简单和直接的实现新的和现有的软件框架多相流模拟，从而提高了他们的能力，在具有挑战性的流动问题。我们评估了一些二维和三维的基准流问题上提出的混合方法，并说明其模拟涉及气泡聚结和湍流多相流的流动的能力。
2020-01-22 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Capillary flow simulation with the phase-field-based lattice Boltzmann solver
本文提出基于相场的格子玻尔兹曼求解器，用于高精度模拟毛细流，通过优化润湿性和摩擦模型，实现了对多种多相流场景的准确再现。
2025-11-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Generalized Lattice Boltzmann Method with multi-range pseudo-potential
详细分析了一类多相流细观模型在界面附近的物理行为。特别是，一个扩展的赝势方法的开发，它允许调整状态方程和表面张力彼此独立。这种扩展模型的虚假速度的贡献被证明是消失在高网格细化和/或高阶各向同性的限制。高阶计划实现自洽强迫严格计算的二维和三维模型。在这项工作中开发的扩展方案澄清了格子玻尔兹曼方法的Shan-Chen方法的理论基础，并增强了其适用性和灵活性，以模拟密度比高达O（100）的多相流。
2006-11-07 cond-mat.stat-mech nlin.CD nlin.CG
A Lattice Boltzmann method for simulations of liquid-vapor thermal flows
我们提出了一种新的格子玻尔兹曼方法，具有模拟热力学多相流的能力。这种方法在宏观层面上是完全一致的。利用这种新方法，首次模拟了汽液两相沸腾过程，包括汽液两相的形成和合并以及温度的完全耦合。
2002-10-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Robust Lattice Boltzmann Method for Interface-Bound Transport of a Passive Scalar: Application to Surfactant-Laden Multiphase Flows
本文提出一种鲁棒中心矩格子玻尔兹曼方法，结合Jain-Mani变量变换求解界面约束标量输运方程，并与CACE及两流体流动求解器耦合，成功模拟了含表面活性剂液滴在剪切流中的变形与破碎。
2025-04-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Central Moment Lattice Boltzmann Method using a Pressure-based Formulation for Multiphase Flows at High Density Ratios and including Effects of Surface Tension and Marangoni Stresses
多相流的模拟需要结合经常发生在多个尺度上的流体运动的解决方案来耦合捕获或跟踪界面。我们将提出基于中心矩的统一级联LB方法，用于求解高密度比下的不可压缩两相流和捕获界面动力学。基于一个修正的连续玻尔兹曼方程（MCBE）的两相流，其中的动力学变换的分布函数，包括压力场被引入，以减少相关的数值刚度在高密度梯度，中心矩级联LB公式计算流体运动将被构造。在这个LB计划中，碰撞步骤是规定的各种中心时刻的放松，以他们的平衡，重新制定的压力场通过匹配的基础上变换的麦克斯韦分布的连续平衡。此外，差分处理的源项表示的变化，由于压力场和源项由于界面张力和体力出现在MCBE上的不同时刻的影响是一致的占在这个级联LB求解器，计算压力和速度场。此外，另一个级联LB计划通过修改的平衡将开发解决的相场模型的基础上保守的艾伦-卡恩方程的界面动力学。基于数值模拟的各种两相流的基准问题，在高密度比，并涉及表面张力和切向梯度（Marangoni应力）的影响，我们将验证我们的统一级联LB方法，并证明数值稳定性的改善。
2019-09-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Introduction to Perl module lb2d.pm 0.1 for basic Lattice Boltzmann simulations
格子玻尔兹曼方法在解决多相或多组分系统中的复杂边界、非平衡动力学和界面现象等流体力学问题中得到了广泛的应用。lb2d.pm是一个Perl模块，为简单的2D Lattice Boltzmann模拟提供了清晰的框架。给出了该算法的语法和一些基本应用。主要是，新版本0.1使溶质传输和帐户的反应边界导致表面生长。
2014-02-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Force approach for the pseudopotential lattice Boltzmann method
赝势方法是格子玻尔兹曼方法（LBM）在相变和多相流模拟中最流行的扩展方法之一。最初提出的方法的一个有吸引力的特点在于它的简单性，增加了一个力依赖于最近邻的势函数，这被称为山陈相互作用力。这种方法所隐含的一些众所周知的缺点包括缺乏热力学一致性和不可能独立地控制表面张力。为了纠正这些缺陷，在文献中开发了不同的方法，如多程相互作用势，它涉及到更大的stenosis比最近邻方法，和修改的强迫方案。在这项工作中，一个策略是开发控制的液-气密度比和表面张力通过一个适当的相互作用力场，只使用最近邻相互作用。所提出的程序设计从所需的压力张量，这允许控制的平衡多相特性，如液-气共存曲线和表面张力。然后，它示出了如何导出一个外力场能够复制的宏观守恒方程中的压力张量的影响。我们的程序的最后一步是实施这个外力在LBE通过使用经典的郭强迫计划。进行了有关静态和动态流动条件的数值试验。从模拟得到的结果显示出良好的协议与预期的分析值。在一定的流动条件下，观察到的最大发散解是液滴振荡周期，与预期的分析结果偏差9%。所观察到的结果证实，所提出的方法是能够复制所需的宏观多相行为。
2020-03-17 physics.comp-ph
Implementation of contact angles in the pseudopotential lattice Boltzmann simulations with curved boundaries
赝势多相格子Boltzmann（LB）模型是LB界中模拟多相流的一种非常流行的模型。当多相建模涉及固体边界时，需要数值方案来模拟固体边界处的接触角。在这项工作中，我们的目标是调查的实施接触角的赝势LB模拟弯曲边界。在赝势LB模型中，接触角通常通过采用固-流相互作用或指定恒定的虚拟壁面密度来实现。然而，它示出的固体-流体相互作用方案产生非常大的寄生电流在模拟中涉及弯曲的边界，而虚拟密度方案产生一个非物理的厚传质层附近的固体边界，虽然它给出了小得多的寄生电流。我们还将相场方法中的几何公式化方案推广到赝势LB模型。然而，与固体-流体相互作用方案和虚拟密度方案相比，几何公式化方案相对难以实现弯曲边界，并且不能直接应用于三维空间。通过分析这三种方案的特点，提出了一种改进的虚密度方案，用于弯曲边界赝势LB模拟中的接触角计算，该方案在保留原虚密度方案优点的同时，不受固体边界附近较厚传质层的影响，简单、易于实现和低杂散电流。
2019-11-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mixed-Hybrid and Vertex-Discontinuous-Galerkin Finite Element Modeling of Multiphase Compositional Flow on 3D Unstructured Grids
水文地质学和油气资源中感兴趣的问题涉及复杂的非均质地质构造。在油藏模拟中，这种区域通过非结构化计算网格最准确地表示。有限元方法在具有复杂几何形状的非结构化网格上精确地描述流动，并且其灵活的公式允许在不同的网格类型上实现。在这项工作中，我们考虑的第一次具有挑战性的问题，完全组成的三相流在三维非结构化网格，离散的任意组合的四面体，棱柱体和六面体。我们采用质量守恒的混合杂交有限元（MHFE）方法来解决的压力和通量场。输运方程近似高阶顶点为基础的间断伽辽金（DG）离散。我们表明，这种方法优于相同的多项式阶基于脸的实现。这些方法非常适合于非均质和裂缝性储层，因为它们提供全局连续的压力和通量场，同时允许组分和饱和度的急剧不连续性。高阶精度改善了强非线性流动的建模，如重力和粘性指进。我们回顾了非结构化油藏模拟模型的文献，并提出了许多例子，考虑重力衰竭，注水，注气在油饱和油藏。我们研究了收敛速度，网格敏感性，并证明了我们所选择的具有挑战性的多相流问题在几何复杂的地下介质的有限元方法的广泛适用性。
2016-03-15 physics.comp-ph
SAAMPLE: A Segregated Accuracy-driven Algorithm for Multiphase Pressure-Linked Equations
本文提出新算法SAAMPLE，将混合Level Set/Front Tracking方法扩展至非结构化网格，用于模拟表面张力驱动的多相流，并在OpenFOAM中实现，提升了LENT方法的鲁棒性。
2020-01-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An accurate lattice Boltzmann method for interface capturing
相界面的准确求解对于不混溶多相流系统的建模具有重要意义。本文从修正的Allen-Cahn方程（ACE）出发，提出了一种精确的界面捕捉格子玻尔兹曼方法。通过符号距离函数与序参量之间的关系，在保持质量守恒特性的基础上，基于常用的守恒公式建立了修正的ACE。一个合适的强迫项被仔细纳入格子玻尔兹曼方程正确恢复的目标方程。然后，我们测试所提出的方法通过模拟一个典型的界面跟踪问题的单涡，并证明本模型可以更精确的数值比现有的格子玻尔兹曼模型的保守ACE，特别是在一个小的界面厚度尺度。
2022-03-10 physics.comp-ph
Lattice Boltzmann modeling of two-phase flow in macroporous media with application to porous asphalt
多孔沥青（PA）是一种开级配多孔材料，孔隙率为20%，可快速排水，改善驾驶和声学条件。然而，高孔隙率导致与水的显著接触，从而导致较短的预期寿命。为了提高PA的耐久性和性能，必须了解水的分布及其停留时间，这需要捕获各种多相现象。出于这些原因，进行了数值研究，详细分析在PA中发挥作用的流体传输机制，对估计PA的纳米至毫米级的孔结构内的液体分布。在这项研究中，LBM用于复杂多孔区域中的多相流的详细分析。本文发展了一种多相单组分LBM方法，并采用并行计算的方法，对多孔介质中和表面上的不同相分离现象进行了数值模拟。LBM用拉普拉斯定律和动态毛细管侵入测试进行验证，然后用解析解、不同的接触角、管形状和尺寸验证毛细管吸收模拟。本文研究了方管和三角管中的孔弯月面和角部弧弯月面。为了解决雨滴在PA表面上的行为，径流，润湿，钉扎和蒸发的单滴考虑的接触角的变化，表面润湿不均匀性和结构的影响。最后，重力驱动排水在PA研究与LBM根据时间演变的水分分布与实验数据进行比较，显示出良好的协议。这项研究可以更好地了解发生在复杂的多孔介质，即PA，在孔隙尺度上在饱和和不饱和状态下的各种多相流现象，提供信息，提高PA的耐久性和性能。
2018-04-06 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effect of the forcing term in the pseudopotential lattice Boltzmann modeling of thermal flows
赝势格子Boltzmann（LB）模型是LB界中用于模拟多相流的流行模型。近年来，基于赝势LB模型和双分布函数LB方法，提出了几种热LB模型来模拟热多相流[G. Házi和A. Márkus，Phys.Rev.E77，026305（2008）; L. Biferale等人，物理修订版信函108，104502（2012）; S. Gong和P. Cheng，Int. J. Heat Mass Transfer 55，4923（2012）]。本文的目的是表明，在热流的赝势LB模拟中，必须消除强迫项对温度方程的影响。首先，通过Chapman-Enskog分析显示了强迫项对温度方程的影响。为了比较，提供了不受强迫项影响的替代治疗。随后，数值研究进行了两个基准测试。数值结果清楚地表明，强迫项效应的存在将导致显着的数值误差的赝势LB模型的热流。
2014-05-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulation of mixtures with multicomponent van der Waals equation of state
我们开发了一个通用的框架模拟多组分和多相系统使用格子玻尔兹曼框架。尽管原则上对组分的数量没有限制，但在本文中，我们将重点放在两组分混合物的应用上，但我们也证明了该算法适用于更大数量的组分。为了验证我们的算法，我们分别最小化这个潜在的自由能，以生成具有范德华自由能的流体混合物的理论相图。用我们的格子玻尔兹曼方法很好地恢复了所有的理论相图。
2018-05-18 cond-mat.soft physics.comp-ph
Chemical-potential-based Lattice Boltzmann Method for Nonideal Fluids
化学势是驱动相变或表达润湿性的有效方法。在这封信中，我们提出了一个基于化学势的格子玻尔兹曼模型来模拟多相流。非理想力直接用化学势来计算。该模型理论上满足热力学和伽利略不变性。由于避免了压力张量的计算，提高了计算效率。从自由能量密度函数出发，导出了几种常用状态方程的化学势。一个有效的化学势边界条件的实施，以研究固体表面的润湿性。值得注意的是，数值结果表明，接触角可以线性调谐的表面化学势。
2017-02-09 physics.comp-ph
Lattice Boltzmann method to study the contraction of a viscous ligament
我们采用最近制定的多相Shan-Chen（SC）格子玻尔兹曼方法（LBM）的轴对称版本[Srivastava et al，in preparation（2013）]来模拟液体韧带的收缩。我们比较了轴对称LBM模拟与细长射流（SJ）近似模型[T。Driessen和R. Jeurissen，IJCFD { \bf 25}，333（2011）].我们比较了LBM模拟，SJ模型，Flow 3D模拟和基于力平衡（FB）的简单模型的液体韧带的尾端的收缩动力学。我们发现理论预测（FB）、SJ模型和LBM模拟之间具有良好的一致性。
2013-05-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
CLIP: A CUDA-Accelerated Lattice Boltzmann Framework for Interfacial Phenomena with Application to Liquid Jet Simulations
本研究提出CUDA加速的相场格子玻尔兹曼框架CLIP，采用WMRT碰撞算子提升稳定性与精度，经多基准验证后应用于液体射流模拟，准确捕捉流态转变并得到临界韦伯数，为多相流界面研究提供高效易用工具。
2025-05-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Smooth Implicit Hybrid Upwinding for Compositional Multiphase Flow in Porous Media
在地下多相流模拟中，较差的非线性求解器性能是显著的运行时间下降。全隐式质量平衡方程组是高度非线性的，并且通常难以用非线性求解器（通常为牛顿（-Raphson））求解。强非线性会导致牛顿迭代收敛非常缓慢。这经常导致时间步长的削减，导致计算昂贵的模拟。许多文献已经研究了如何通过增强或保护更新来改进非线性求解器。在这项工作中，我们采取了不同的方法，我们的目标是提高收敛性，更平滑的有限体积离散方案，更适合牛顿求解器。基于最近的工作，我们提出了一种新的总速度混合迎风计划与加权平均流动迁移率（WA-HU TV），是无条件单调的，并扩展到成分多相模拟。分析单细胞问题的解决方案空间，我们证明了该计划的改进性能，并解释它如何利用相电位上溯和算术平均的优势。这将导致在一个流动的子问题，是顺利的相通量的符号的变化，并表现良好时，相速度是大的，或当并流粘性力占主导地位。此外，我们提出了一个WA-HU计划与总质量（WA-HUTM）制定，包括相位密度的加权平均。建议的WA-HU TV始终优于现有的计划，产生的好处从5%到超过50%的非线性迭代减少。WA-HU TM方案也显示出有希望的结果;在某些情况下，甚至更有效。然而，WA-HU TM偶尔也会导致收敛问题。总的来说，根据目前的结果，我们建议采用WA-HU电视方案，因为它是高效和强大的。
2021-06-07 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Wetting boundary conditions for multicomponent pseudopotential lattice Boltzmann
边界条件的实现是对通过通道和复杂介质的流体流动进行建模的最具挑战性的部分之一。在这里，我们表明，现有的方法来处理与液体壁的相互作用，使用多组分格子玻尔兹曼是准确的，当壁与晶格的主轴对齐，但失败，否则。为了解决这个问题，我们扩展了以前开发的多相模型的策略。作为一个例子，我们研究了两个液滴在二维曲面上的聚并。这里提出的策略是特别相关的二元流动在复杂的几何形状。
2021-03-27 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
