A consistent and conservative Phase-Field method for compressible multiphase flows with the six-equation model
South China University of Technology（华南理工大学）
本研究将一致且守恒的相场方法扩展到六方程模型，推导了通用多相模型，分析了压力及压力-温度松弛，并通过基准测试验证了与精确解的良好一致性。
2026-09-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Consistent lattice Boltzmann model for multicomponent mixtures
本文提出了一种新的多元理想气体混合物的格子Boltzmann模型。模型开发包括两个部分。首先，提出了一个新的动力学模型的Stefan-Maxwell扩散之间的物种，并实现为一个格子玻尔兹曼方程的标准离散速度集。其次，建立了一个可压缩格子Boltzmann模型的动量和能量的混合物。这两个部分始终耦合通过混合物成分，动量，压力，能量和焓，从而避免了被动标量对流扩散耦合，不像以前的方法。所提出的模型实现了标准的三维格子，并验证了一组基准突出的可压缩混合物的各个物理方面。Stefan-Maxwell扩散是针对氩气和甲烷在含有氢气的三元混合物中的上坡扩散的实验和理论进行测试的。声速是在各种二元和三元组合物中测量的。我们进一步验证Stefan-Maxwell扩散耦合与流体动力学通过模拟扩散在相反的射流和三维Kelvin-Helmholtz不稳定性的剪切层中的两种成分的混合物。除了多组分可压缩混合物，建议的格子Boltzmann模型还提供了一个扩展的格子Boltzmann方程的可压缩流制度的标准三维格子。
2020-04-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Efficient Algorithm for the Multicomponent Compressible Navier-Stokes Equations in Low- and High-Mach Number Regimes
本研究的目的是开发一种适用于大范围可压缩多组分流动的有效数值算法。虽然已经提出了许多高效的算法来模拟每种类型的流动，但众所周知，通用求解器的构建是具有挑战性的。极端情况下，如不可压缩和高度可压缩流，或无粘和高粘性流，需要不同的数值处理，以保持效率，稳定性和精度的方法。线性化块隐式（LBI）因子格式是隐式求解可压缩纳维-斯托克斯方程的有效方法，它可以避免低马赫数和高粘性条件下的稳定性限制。然而，当马赫数趋于零时，这些方法的分裂误差已经被证明是增长的，并支配着物理通量。本文提出了一种分裂误差减小技术来解决这个问题。将Guermond和Popov提出的一种新的激波捕捉有限元算法用有限差分法重新表述，推广到加强气体状态方程（SG EOS），并与LBI因子格式相结合，以稳定高马赫数下绕流间断的方法。针对低马赫数应用提出了一种新的稳定项。结果表明，该算法是有效的，在低和高马赫数制度。该算法被扩展到多组分的情况下，使用一个界面捕捉策略与表面张力作为一个连续的表面力。数值试验验证了广泛的流动的性能和稳定性。
2018-10-02 physics.comp-ph
Direct numerical simulation of a compressible multiphase flow through the fast Eulerian approach
Scuola Normale Superiore di Pisa（比萨高等师范学院）；Istituto Nazionale di Vulcanologia e Geofisica（火山学与地球物理学国家研究所）；Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia（地球物理学与火山学国家研究所）
本文采用快速欧拉ian方法模拟高雷诺数压缩多相流，研究湍流特性并提出LES模型，用于火山灰云动力学分析。
2014-04-02 cs.NA math.AP math.NA
Implementation of BVD (boundary variation diminishing) algorithm in simulations of compressible multiphase flows
本文提出了一种新的重构格式，即MUSCL-THINC-BVD格式，用于求解界面两相流的五方程模型。该方案采用了传统的激波捕捉MUSCL（守恒定律单调上游中心格式）方案以及界面锐化THINC（用于界面捕捉的双曲线切线）方案作为使用BVD进行空间重建的两个构建块（边界变化减小）原理，其最小化重构变量在单元边界处的变化（跳跃），从而有效地减少了数值解中的数值耗散。对所有状态变量和体积分数采用MUSCL-THINC-BVD格式，实现了体积分数与其它物理量的一致性。进行基准测试，以验证本方法的能力，在捕获的材料界面作为一个定义明确的急剧跳跃的体积分数，以及显着改善解决方案的质量。该格式是模拟可压缩界面多相流的一种简单有效的方法，具有实际意义。
2017-05-01 physics.comp-ph
A conservative Godunov-type mesh-free hydrodynamics scheme for weakly compressible multiphase flows
Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学）；Munich Institute of Integrated Materials, Energy and Process Engineering (MEP), Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学集成材料、能源和工艺工程研究所）
提出一种保守型Godunov类无网格格式，通过二阶重构、HLLC求解器及界面切向松弛机制，实现弱可压缩多相流的高精度模拟，并在多个基准测试中验证了其有效性。
2026-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
OpenACC offloading of the MFC compressible multiphase flow solver on AMD and NVIDIA GPUs
本研究针对可压缩多相流求解器的GPU加速需求，通过OpenACC结合多种编译优化、数组打包、元编程内联等技术，在NVIDIA和AMD GPU上实现显著加速，并验证了优异的弱扩展与强扩展效率。
2024-09-16 cs.MS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Method for portable, scalable, and performant GPU-accelerated simulation of multiphase compressible flow
本研究针对多相可压缩流CPU模拟效率低、GPU加速受内存绑定及通信I/O瓶颈制约的问题，提出基于OpenACC、Fypp元编程与CUDA感知MPI的便携GPU加速策略，在MFC求解器中实现了显著单卡加速与超大规模近理想可扩展性。
2024-02-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Multiple-relaxation-time discrete Boltzmann modeling of multicomponent mixture with nonequilibrium effects
本文提出了一个多组分混合物的多重弛豫时间离散Boltzmann模型（DBM），其中考虑了可压缩、流体力学和热力学非平衡效应。它允许比热比和普朗特数可调，并适用于低速和高速流体流动。在物理方面，DBM除了与多组分纳维-斯托克斯方程、Fick定律和Stefan-Maxwell扩散方程在流体力学极限下保持一致外，还提供了更多的非平衡效应的动力学信息。DBM描述非平衡流的物理能力，超越了Navier-Stokes表示，使复杂流动中的熵产生机制的研究，特别是在多组分混合物。此外，目前的动力学模型被用来研究可压缩Kelvin-Helmholtz不稳定性（KHI）的非平衡行为。结果表明，在动态KHI过程中，不同的导热系数和初始温度配置下，混合程度和流体流动是相似的。在物理上，热传导和温度对KHI的形成和演化影响不大。
2020-06-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Wave or Physics-Appropriate Multidimensional Upwinding Approach for Compressible Multiphase Flows
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出一种多维算法，利用特征空间中欧拉方程的波结构和物理空间中变量的物理性质，通过不同重建方案增强准确性并减少数值伪影。
2025-01-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Robust All-Mach Six-Equation Diffuse-Interface Method for Multiphase Flows with Surface Tension
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
提出一种稳健的全马赫数六方程扩散界面方法，结合HLLC求解器和低马赫数修正，准确模拟含表面张力的可压缩多相流，显著降低数值耗散并保持稳定性。
2026-09-11 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
Assessment of diffuse-interface methods for compressible multiphase fluid flows and elastic-plastic deformation in solids
本文介绍了三种用于模拟不可混溶、可压缩多相流体流动和固体中的弹塑性形变的扩散界面方法。第一种方法是Cook（2007）、Subramaniam等人的局部人工扩散率方法，（2018），以及Adler和Lele（2019），其中将人工扩散项添加到守恒方程中。第二种方法是基于Shukla等人的准保守方法的梯度形式方法，（2010）和Tiwari等人，（2013），其中扩散和锐化项（一起称为正则化项）被添加到守恒方程中。第三种方法是基于Jain等人的完全保守方法的发散形式方法，（2020），其中正则化项被添加到守恒方程。这项工作的主要目标是比较这三种方法在他们的能力，以保持：恒定的界面厚度;的守恒属性;和准确的界面形状的长时间集成。这项工作的第二个目标是不断扩展这些方法来模拟固体材料之间的强度接口。为了评估和比较这些方法，它们被用来模拟各种各样的问题，包括（1）空气中气泡的平流，（2）冲击波与空气中氦气泡的相互作用，（3）冲击波相互作用和水中气泡的破裂，以及（4）铜-铝界面的里希特迈尔-梅什科夫不稳定性。目前的工作重点是比较这些方法在相对粗糙的网格分辨率的限制，这说明了这些方法的真实性能。这是因为在工程感兴趣的大规模模拟中，使用数百个网格点来解析单个气泡或液滴是不切实际的。
2021-09-20 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
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
Enhanced Diffuse Interface Method for Multiphase Flow Simulations Across All Mach Numbers
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本研究针对低马赫数下的精度问题，通过引入黎曼求解器修正项增强扩散界面方法，经渐近分析验证后在六方程模型框架中实现，显著提升了全马赫数可压缩多相流模拟的精度。
2025-03-14 cs.NA math.NA physics.comp-ph
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
Non-equilibrium Model for Weakly Compressible Multi-component Flows: the Hyperbolic Operator
基于非平衡Baer和Nunziato模型，提出了一种新的基于压力的弱可压缩多相流方法。在这项工作中，我们描述的双曲算子，因此我们不考虑松弛项。控制方程的声学部分被隐式处理，以避免在低马赫数下CFL条件对时间步长的严格限制。特别注意离散的非保守项，以避免跨多材料界面的寄生振荡。在简化的测试案例中证明了没有振荡和与分析或公布的解决方案的协议，这证实了所提出的方法作为开发更准确和全面的方法的构建块的有效性。
2019-11-01 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Consistent and bound-preserving finite-volume WENO scheme for compressible two-/$N$-phase flows with Phase-Field mechanism
South China University of Technology（华南理工大学）
本研究提出一种带相场机制的可压缩多相流用保界相容有限体积WENO格式，经基准测试及激波相关问题验证，可避免数值异常，适配自适应网格加密，具保界等特性。
2026-08-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Technique for Computing Dense Granular Compressible Flows with Shock Waves
发展了一种求解可压缩颗粒多相流方程的数值方法，其中颗粒体积分数可以动态地从非常稀到非常密。该程序使用一种低耗散和高阶数值方法，可以描述冲击，并结合了基于动力学理论的颗粒模型。该算法将计算单元的边缘分离成气体和固体部分，其中气体和颗粒相黎曼问题独立解决。从这些单独的黎曼问题的解决方案相结合，以组装完全耦合的对流通量和非保守条款的两个阶段。该技术收敛网格细化下，即使非常高的体积分数颗粒界面。该方法可以平流尖锐的颗粒材料界面，符合多物种的气体接触面，而不违反压力无扰动条件。该程序还再现已知的功能，从多相激波管的问题，颗粒冲击，压实波的传输角，冲击波和粉尘层的相互作用。这种方法是相对简单的使用在现有的代码的基础上Goddom的方法，并可以从标准的可压缩求解器的气相和修改后的AUSM $^+$的颗粒相的计划。
2014-10-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Implicit Finite Volume and Discontinuous Galerkin Methods for Multicomponent Flow in Unstructured 3D Fractured Porous Media
我们提出了一种新的隐式高阶有限元（FE）方法，可以在非结构化网格上和裂缝多孔地下地层中有效地模拟可压缩多组分流体流动。该计划是连续隐式的：压力和通量更新与隐式混合杂交有限元（MHFE）方法，和每个物种的运输近似与隐式二阶间断Galerkin（DG）FE方法。离散裂缝与交叉流平衡方法相结合。这是第一次调查的全隐式高阶MHFE-DG的非结构化三角形，四边形（2D），六面体（3D）网格和离散骨折。最低阶隐式有限体积（FV）输运更新也开发了相同的网格类型。隐式方法进行了比较，隐式压力显式组成（IMPEC）计划。对于断裂域，无条件稳定的隐式运输更新示出，以增加计算效率的数量级相比，IMPEC，它有一个时间步长的约束成比例的离散裂缝网格单元的孔隙体积。然而，当使用最低阶欧拉时间离散时，数值误差随着较大的隐式时间步长线性增加，导致高数值色散。因此，二阶Crank-Nicolson隐式MHFE-DG和MHFE-FV以及。收敛性分析表明，DG方法的收敛速度是FV方法的两倍，从而使计算效率提高了两到三个数量级。数值实验表明，即使在指进不稳定性的存在下，在不规则和断裂的二维和三维网格上模拟可压缩多组分流动的效率和鲁棒性。
2016-08-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Extension of the consistent $δ^{+}$-SPH model for multiphase flows considering the compressibility of different phases
本文扩展一致 $δ^{+}$-SPH 至多相流，通过界面粒子位移修正、水声阻尼与空气物理声速处理，提升强冲击及相变压缩问题的压力模拟精度。
2025-05-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Modeling wavefields in saturated elastic porous media based on thermodynamically compatible system theory for multiphase mixtures
在弹性多孔介质中可压缩流体流动数值模拟的背景下，讨论了两相模型及其在波场数值模拟中的应用。该模型的推导是基于一个理论的弹性相容系统和一个模型的非线性弹塑性相结合的两相可压缩流体流动模型。该模型的控制方程包括相质量守恒定律、总动量守恒定律、相的相对速度方程、混合物畸变方程和孔隙度平衡方程。它们形成了一个满足热力学基本热力学定律的双曲守恒方程组。在模型中引入了两种类型的相相互作用：相压力松弛到一个共同的值和界面摩擦。非弹性变形也可以用畸变方程中的源项来解释。该模型可用于研究一般可压缩流体在可变形弹塑性多孔介质中的流动，也可用于模拟波在饱和多孔介质中的传播。本文推导了小振幅波在单一流体饱和均匀多孔介质中传播的控制方程。他们形成了一个一阶双曲线PDE系统的应力和速度方面写，并在Biot的模型，预测三种类型的波存在于真正的流体饱和多孔介质：快，慢纵波和横波。对于这些方程的数值解，一个有效的数值方法交错网格有限差分格式的基础上使用。文中给出了一些数值试验问题的求解结果，并进行了讨论
2020-06-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Discontinuous Galerkin Method for Viscous Compressible Multifluids
本文对多分量可压正压Navier-Stokes方程组提出了一种广义间断Galerkin方法。所提出的系统具有函数粘度nu，其取决于流体的压力p=p（rho，mu_i），具有密度rho和局部浓度mu_i。采用高阶Runge-Kutta时间离散技术，讨论了处理任意耦合边界条件的不同方法。除了检验解的相对误差外，还对方案的能量一致性进行了分析。最后给出了几个例子，比较，推广和物理应用。
2009-05-14 physics.chem-ph physics.class-ph physics.comp-ph
A seven-equation diffused interface method for resolved multiphase flows
七方程模型是一个可压缩的多相配方，允许相位速度和压力不平衡。这些方程求解使用扩散界面法，模型解决多相流。提出了新的扩展，包括表面张力，粘度，多物种，和反应的影响。七方程模型中允许的压力不平衡提供了强冲击的数值稳定性，并允许任意和独立的状态方程。离散方程法（DEM）模拟通量。我们表明，即使僵硬的压力和速度松弛求解器已被使用，他们是不需要的DEM，因为非保守的通量准确建模。界面压缩格式控制了界面的数值扩散，并讨论了其对解的影响。通过算例验证了该方法的有效性和适用性。它们包括多相激波管，通过材料界面的冲击传播，表面张力驱动的振荡液滴，在粘性介质中的加速液滴，和冲击爆轰与变形液滴相互作用。仿真结果进行了比较，对精确的解决方案和实验时，可能的。
2022-04-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A robust high-resolution algorithm for quadrature-based moment methods applied to high-speed polydisperse multiphase flows
Purdue University（普渡大学）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
本文提出一种高分辨率欧拉方法，用于模拟高速多分散颗粒多相流，通过广义配方法求解质量矩方程，实现连续尺寸分布，验证了该方法在多相冲击管、粒子幕交互等实验中的有效性。
2026-03-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A component-splitting implicit time integration for multicomponent reacting flows simulations
针对多组分反应流隐式积分收敛慢、成本高的问题，提出组分分裂隐式方法，结合一致性修正保证精度，经数值验证可有效加速收敛且效率随组分数和CFL数提升而增强。
2024-03-06 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Eulerian method for multiphase interactions of soft solid bodies in fluids
我们介绍了一个欧拉方法的问题，涉及一个或多个软固体浸没在流体中，它允许所有阶段之间的机械相互作用。利用参考映射变量在与流体相相同的固定网格上模拟固体中的有限变形本构关系，这大大简化了相之间的耦合。我们的耦合过程，在目前的工作中的一个关键贡献，被证明是计算速度更快，更稳定的比以前的方法，并承认有能力模拟流体-固体和固体-固体之间的相互作用淹没机构。通过多个弱可压缩Navier-Stokes流体与neo-Hookean固体相互作用的算例，验证了该方法的收敛性。固体接触法，利用距离措施已经存在的网格上，演示了两个例子。介绍了一种新的跨界面外推的通用程序，并将其用作新界面处理的一部分。
2015-12-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An assessment of multicomponent flow models and interface capturing schemes for spherical bubble dynamics
气泡动力学和空化的数值模拟是具有挑战性的，即使是一个看似简单的问题，一个崩溃的球形气泡是很难准确计算与一般的，三维的，可压缩的，多组分流动求解器。由于物理模型和数值方法的选择，其解决方案的困难。我们考虑Allaire等人的5方程模型。[1]，Kapila等人的5方程模型。[2]和Saurel等人的6方程模型。[3]作为球形气泡动力学的候选方法，并实现和比较了MUSCL和WENO界面捕获方法。我们证明了Allaire等人的传统5方程模型的不足。[1]对于球形气泡崩溃问题，并解释了Kapila等人的增强模型的相应优势。[2]对于表示这种现象。三维气泡溃灭问题的增广5方程和6方程模型之间的定量比较证明了压力不平衡模型的通用性。最后，压力不平衡模型的性能表示一个三维的球形气泡崩溃不同的气泡内/外压力比的不同数值方法进行了评估。与每个因素及其起源相关的病理被确定和讨论。
2019-03-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Hybrid multiphase model based on lattice Boltzmann method direct simulations
利用多组分Shan-Chen格子玻尔兹曼方法（LBM）研究了多孔介质中的多相流问题。尽管LBM具有出色的精度，但大型域导致无法负担的计算费用。在这项研究中开发的混合模型是基于孔网络（PN）的方法，增强了分解成小的子集（孔喉）的颗粒组装。格子玻尔兹曼模拟进行每个孔喉，以确定在微观尺度上的流体动力学特性（入口毛细管压力，主要排水曲线，液体形态，等）。LBM获得的局部属性被合并在网络中，以解决更大规模的问题。这种策略导致显着减少的计算时间在样本规模相比，一个完全解决的方法。流体形态和相分布进行了评估，在排水过程中的一个小颗粒组装使用的混合模型（PN-LBM）。结果进行了对比，在一个完全解决的模拟（LBM）。这两个模型之间的协议说明了混合方法的能力，它结合了PN方法的效率和LBM在孔隙尺度的准确性。
2019-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A fully conservative sharp-interface method for compressible mulitphase flows with phase change
发展了一种适用于多相流相变问题的全守恒尖界面方法。两相之间的耦合是通过引入界面通量来实现的，界面通量是通过求解一个有相变的一般黎曼问题来获得的。提出了一种新的四波模型，以获得近似的黎曼解，这简化了八维roo-finding过程中的精确求解器的质量通量的唯一迭代。与以往的研究不同，在本近似黎曼解中，严格规定了所有波的跳跃条件，从而保证了守恒性。比较了相变模型中流体状态的不同选择，指出为了保证数值一致性，应采用相界面的相邻状态。据作者所知，在公开文献中尚未报道。与良好的协议，各种数值例子被认为是验证本方法的结果与精确解或以前的模拟。
2021-10-15 cs.CE cs.NA math.NA
A novel hybrid approach for accurate simulation of compressible multi-component flows across all-Mach number
针对多组分流动中压力-速度与压力-密度耦合并存难题，提出结合Godunov格式与投影法的混合方法，并采用改进的AUSM求解器和ROUND重构，实现全马赫数精确模拟。
2025-02-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
XFLUIDS: A SYCL-based unified cross-architecture heterogeneous simulation solver for compressible reacting flows
本研究针对多组分反应流仿真耗时、异构加速器适配难的问题，开发了基于SYCL的跨架构求解器XFluids，经多厂商GPU测试验证了其高准确性、可移植性与95%以上的多GPU弱扩展效率。
2024-07-10 physics.comp-ph
Algebraic multigrid preconditioners for two-phase flow in porous media with phase transitions
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出基于多重网格减少技术的新多级策略，用于解决具有相变的两相多组分流动问题，展示了方法的有效性和可扩展性。
2018-01-25 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A pressure-based method for weakly compressible two-phase flows under a Baer-Nunziato type model with generic equations of state and pressure and velocity disequilibrium
在扩散界面方法的框架内，我们推导出一个基于压力的Baer-Nunziato型模型，非常适合于弱可压缩多相流。该模型可以很容易地处理不同的状态方程，它包括由用户定义的有限参数，其驱动的压力和速度的每一个相的平衡特征在于松弛项。没有明确的声速概念，因此，大多数经典的低马赫数近似不容易在这种情况下进行。建议的解决方案包括两个运营商：一个半隐式有限体积求解器的双曲部分和ODE积分的松弛过程。由于双曲部分的声学项被隐式积分，时间步长上的稳定性条件被减弱。涉及体积分数梯度的非保守项的离散化通过构建压力和速度的非扰动条件来实现，以避免跨多材料界面的振荡。开发的模拟工具进行验证，通过一维模拟激波管和黎曼问题，涉及水铝和水-空气混合物，水和二氧化碳的汽液混合物，几乎纯流。数值结果与分析结果和参考结果相吻合，但不同冲击之间存在一些预期差异，但这些差异仍然可以接受（误差在几个百分点以内）。所有测试都是在声学CFL数大于1的情况下进行的，即使CFL大于10，也没有出现稳定性问题。研究了不同松弛参数值和不同数量状态方程--刚性气体和Peng-Robinson --的影响。
2022-05-23 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Versatile SPH Open Boundary Conditions for Multiphase Flows in Extreme Condition
本研究针对含开放边界的复杂多相流SPH模拟的数值不稳定问题，通过密度松弛、自适应阻尼粒子移位等改进开放边界条件，结合湍流模型，实现了极端条件下多相流的准确稳定模拟，验证了其通用性与鲁棒性。
2025-06-17 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
A scalable parallel Monte Carlo algorithm for atomistic simulations of precipitation in alloys
我们提出了一个扩展的半巨正则（SGC）系综，我们称之为方差约束的半巨正则（VC-SGC）系综。它允许嬗变蒙特卡罗模拟的多组分系统中的多相区域的相图，并借给自己的大规模并行平台上的可扩展的模拟。通过将嬗变运动与分子动力学步骤相结合，可以考虑实际合金中的结构弛豫和热振动。通过这种方式，我们构建了一个强大的和高效的模拟技术，非常适合于大规模模拟的沉淀在多组分系统中存在的结构紊乱。为了说明在这项工作中引入的算法，我们研究了纳米晶Fe中Cu的沉淀。
2012-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
A multi-physics methodology for the simulation of the two-way interaction of reactive flow and elastoplastic structural response
我们提出了一种数值模拟的不同的，相互作用的物理过程描述的组合的可压缩，惰性和反应形式的欧拉方程，多相方程和弹塑性方程的数值方法。这些方程组通常通过耦合有限元和CFD模型来求解。在这里，我们同时解决他们，通过重铸所有的方程在同一个，双曲型，并解决他们在同一个网格上使用相同的有限体积数值格式。所提出的可压缩，多相，流体动力学配方可以采用五个反应和非反应流模型的层次结构，这使得简单到更复杂的应用程序直接描述的适当的选择。流体动力学和弹塑性系统之间的通信是通过混合材料的黎曼解算器在系统的边界，这代表物理材料的边界。为此，我们推导出近似的混合黎曼解的特征方程的基础上，上述模型的每一对。反应流和弹塑性实体建模的组件分别进行验证，然后才提出完整的，耦合系统的验证。多维用例证明了反应流-固体相互作用方法在汽车（例如汽车碰撞）或防御（例如爆炸反应装甲）应用中由于剧烈反应而导致的反应流和结构响应的冲击驱动引发的背景下的适用性。考虑了气态、液态和固态的几种爆炸物（C4、Deetaslane、硝基甲烷、气体燃料）。
2017-10-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mean field lattice Boltzmann model for reactive mixtures in porous media
本文提出一种适用于多孔介质REV尺度的多组分反应格子玻尔兹曼模型，通过引入克努森扩散和体积分数效应，并结合尘气模型验证及SOFC电极模拟，实现了对反应性多组分流动与极化曲线的准确预测。
2024-08-20 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.flu-dyn
A conservative coupling method of sharp-interface and multi-species model for compressible reacting gas-liquid flows with phase change
School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学航空学院）；National Key Laboratory of Aircraft Configuration Design（飞机设计国家重点实验室）；Institute of Extreme Mechanics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学极端力学研究所）
本文提出一种适用于带相变和化学反应的可压缩两相多组分流动的保守耦合方法，通过扩展黎曼求解器并经多类数值测试验证，可解析相变与化学反应效应且保持保守界面耦合。
2026-09-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
One-Dimensional, One-Phase and Two-Phase Eulerian Explicit Shock Tube Simulation Code
本文开发了一维单相/两相欧拉显式激波管MATLAB模拟代码，用Sod激波管问题验证精度，并结合多保真度代理模型与DAKOTA研究颗粒帘幕受激波冲击时最大密度的不确定性传播。
2024-08-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Computational Model for Granular Flows based on the Lagrangian Particle Method
基于拉格朗日粒子（LP）方法[R.Samulyak，X.王洪- C.陈，可压缩流体动力学的拉格朗日粒子方法，J。Phys. 362（2018）1-19]，最初是为可压缩流体动力学流动开发的，包括自由表面/多相问题。LP使用局部多项式最小二乘拟合粒子为基础的stenetrix，确保数值收敛到规定的顺序。颗粒流模型实现连续方程与$μ(I)$流变学封闭，能够描述两个方向的过渡，其特征在于固体，液体和气体的功能之间的各种制度的流动。颗粒流代码已并行化的分布式存储器超级计算机和验证比较三维模拟实验数据的颗粒柱的崩溃。数值模拟显示颗粒流过渡到气体状政权也已提交。
2022-06-28 physics.comp-ph
Consistent lattice Boltzmann model for reactive mixtures
提出了一种新的化学反应混合物的格子Boltzmann模型。该方法利用最近推出的理想气体的多组分混合物的热力学一致的LBM。类似的非反应性的情况下，本LBM功能Stefan-Maxwell扩散的化学物种和一个完全的晶格平均场实现的动量和能量的流量。除了将反应机制引入到物种的动力学方程中之外，所提出的LBM还具有通过在三维标准晶格上使用扩展平衡的概念来实现可压缩流的新特征。原始非反应性多组分LBM的完全热力学一致性使得能够通过仅包括除了先前考虑的显能之外的生成焓来将温度动态扩展到反应性混合物。此外，我们详细描述了边界条件，用于反应流的实际利益。该模型是验证对各种燃烧制度的氢/空气混合物在微通道中，在二维和三维的直接数值模拟。在这些要求苛刻的基准的优秀比较表明，建议的LBM可以是一个有价值的和通用的模型复杂的反应流。
2021-08-17 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
A Low Mach Number Fluctuating Hydrodynamics Model For Ionic Liquids
基于低马赫数波动流体力学方程，提出了一种新的离子液体介观模型。低马赫数方法从完全可压缩方程中消除了声波，从而得到计算效率高的不可压缩公式。该模型使用吉布斯自由能功能，包括混合焓，界面能，和静电的贡献。这导致了质量方程中的一个新的四阶项和动量方程中的一个可逆应力。我们校准我们的模型使用参数[DMPI+][F6 P-]，一个广泛研究的室温离子液体（RTIL），和数值演示介观结构的形成在二维和三维平衡。在与电极边界的模拟中，测得的双层电容随电压降低，与RTIL的理论预测和实验测量一致。最后，我们提出了一个剪切电渗的例子来证明，该方法可以用来模拟电动流动。
2020-04-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Modeling Multi-phase Flow using Fluctuating Hydrodynamics
波动流体动力学提供了一个在介观尺度下的流体模型，其中热波动可以对系统的行为产生重大影响。在这里，我们研究了一个模型的波动流体动力学的单组分，多相流的临界点附近。该系统是使用可压缩流的范德瓦尔斯状态方程，纳入Korteweg应力项来处理界面张力的制定建模。我们提出了一个数值算法，该系统的基础上扩展的波动流体动力学理想流体的算法建模。通过实测结构因子和毛细波谱与平衡理论的比较，验证了该方案的有效性。我们还提出了几个非平衡的例子来说明该算法的能力来模拟多相流体现象的临界点附近。这些例子包括一个研究的影响波动的旋节分解后快速淬火，以及活塞效应在一个空腔过冷壁。在这两种情况下的结论是，热波动影响的尺寸和增长的领域在非临界淬火。
2014-07-24 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.flu-dyn
Disperse two-phase flows, with applications to geophysical problems
在本文中，我们研究的几个分散的粒子的浓度很小（小于$10^{-3}$）的流体的运动，与可能的应用程序来从物理学，气象学和海洋学的问题。我们考虑重粒子在准不可压缩流体（低马赫数）中的非常稀的悬浮。在我们的例子中，斯托克斯数很小，而且正如多相湍流理论所指出的那样，我们可以用欧拉模型代替拉格朗日模型。低浓度的假设允许我们忽略粒子-粒子相互作用，但我们考虑粒子对流体的影响（双向耦合）。通过这种方式，我们可以研究粒子惯性（而不仅仅是被动示踪剂）的物理效应，模型类似于Boussinesq方程。所得模型用于直接数值模拟和大涡模拟的溃坝（锁交换）问题，这是一个著名的学术测试情况。关键词：稀悬浮，欧拉模型，直接和大涡模拟，轻微可压缩流，溃坝（锁交换）问题。
2014-03-21 math.AP physics.ao-ph physics.comp-ph
Accelerated Solutions of Coupled Phase-Field Problems using Generative Adversarial Networks
Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）
多物理问题，如多组分扩散，在多相系统中的相变和合金凝固涉及耦合系统的非线性偏微分方程（PDE）的数值解。这些偏微分方程的数值解使用网格为基础的方法需要时空离散这些方程。因此，数值解通常对离散化参数敏感，并且可能具有不准确性（由基于网格的近似引起）。此外，为了更高的精度而选择更细的网格使得这些方法在计算上昂贵。基于神经网络的偏微分方程求解器正在成为传统数值方法的强大替代品，因为这些方法使用与网格无关，快速和准确的机器学习结构。然而，基于神经网络的求解器需要大量的训练数据，从而影响其通用性和可扩展性。这些问题变得更加尖锐的耦合系统的时间依赖偏微分方程。为了解决这些问题，我们开发了一个新的基于神经网络的框架，该框架使用基于编码器-解码器的条件生成对抗网络和ConvLSTM层来求解Cahn-Hilliard方程系统。这些方程支配的三元合金进行失稳分解时，淬火内的三相可熔性差距的微观结构演变。我们证明了训练的模型是网格和尺度无关的，从而证明了作为有效神经算子的应用。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
