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
SBoTFlow: A Scalable framework using lattice Boltzmann method and Topology-confined mesh refinement for moving-body applications
本文提出SBoTFlow，一种基于格子玻尔兹曼方法和拓扑限制网格细化的可扩展框架，用于模拟柔性运动物体，通过浸没边界方案准确捕捉高振幅和频率，适用于昆虫飞行等研究。
2024-02-07 physics.flu-dyn
A Hydrodynamic Model of Movement of a Contact Line Over a Curved Wall
传统的无滑移边界条件导致接触线处的不可积应力奇异性。这是一个主要的挑战，在数值模拟的两相流动与移动接触线。本文建立了一个二维流体动力学模型，描述了在曲面上作匀速运动的接触点处的速度场。该模型是经典Huh和Scriven流体动力学解[11]的扰动，该解仅适用于流过平壁的流动。流体动力学模型的目的是研究接触点附近流体的宏观行为。我们还提出了一个想法，流体动力学的解决方案可以用来规定宏观狄利克雷边界条件的速度在附近的移动接触点。仿真结果表明，基于非奇异边界条件的速度场能够准确地平流接触点。
2019-05-21 physics.flu-dyn
A moving-grid approach for fluid-structure interaction problems with hybrid lattice Boltzmann method
本文提出了一种求解流固耦合问题的混合格子玻尔兹曼方法（HLBM）。所提出的数值方法被施加到模型的振动薄板浸没在粘性静止流体中引起的流动。流体作用在固体上的水动力由一个复杂的流体动力学函数来描述，其实部和虚部通过参数分析来确定。通过与文献中的其他数值和实验结果进行比较，验证了数值结果。所提出的混合方法增强了格子玻尔兹曼方法解决涉及移动几何的流体动力学问题的能力。
2020-06-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
Dean Instability in Double-Curved Channels
本文利用广义度规的格子Boltzmann模型研究了弯曲通道中的Dean不稳定性。为此，我们首先改进和验证的方法，通过测量临界Dean数在过渡从层流到涡流的流向弯曲的矩形通道，获得了很好的协议与文献值。利用我们的模型内的任意度量的容易实施，我们研究了通过双弯曲通道的流体流动，使用椭球坐标，并研究了依赖于通道的两个垂直曲率半径的过渡到涡流。我们不仅观察到了向2胞涡流动的转变，还观察到了向4胞涡流动甚至6胞涡流动的转变，并且发现当两个曲率半径近似相等时，向2胞涡流动转变时的临界Dean数出现最小值。
2014-11-12 physics.flu-dyn
Double Multiple-Relaxation-Time model of Lattice-Boltzmann Magnetohydrodynamics at Low Magnetic Reynolds Numbers
基于纳维-斯托克斯方程的Galilean协变模型，提出了一种改进的格子Boltzmann数值方法求解低磁雷诺数区域的磁流体动力学（MHD）方程.磁流体力学的格子玻尔兹曼方法中的磁感应方程的模拟通常是沿着最简单的唯象描述，单弛豫时间（SRT）模型的路线设计的。为了处理众所周知的稳定性困难的SRT框架，我们介绍，或者，一个多弛豫时间技术的磁感应方程的解决方案，结合一种新的边界条件方法，以应付微妙的磁玻尔兹曼分布曲线边界。作为一个应用，我们调查开放的问题，在磁流体管道流的瞬态流态的描述，受到非均匀磁场。
2022-11-20 physics.flu-dyn
Moving Charged Particles in Lattice Boltzmann-Based Electrokinetics
离子溶质和带电粒子在电场的影响下的运动以及随后的底层溶剂的流体动力学流动在水性胶体悬浮液中是普遍存在的。这种系统的物理学是由一组耦合的微分方程和边界条件描述的，统称为电动方程。Capuani等人[J.Chem.Phys.121，973（2004）]介绍了一种用于求解该方程组的基于格子的方法，该方法建立在用于模拟流体动力学流动的格子Boltzmann算法的基础上，并利用了计算局部性。然而，到目前为止，如何将移动边界条件的Capuani计划的描述一直缺乏。模拟多个任意运动的胶体时需要移动边界条件。在本文中，我们详细介绍了如何引入这样的粒子耦合方案，基于模拟的纯LB求解器的移动边界方法。在我们的方法中的关键成分是溶质物种的质量和电荷守恒和溶质通量的部分体积平滑，以尽量减少离散化文物。我们证明了我们的算法的有效性，通过模拟带电球体在外场中的电泳，对于一个单一的球，我们比较等效的电渗（共同移动）的问题。我们的方法的效率和易于实施应证明有利于未来的动态模拟在广泛的复杂的纳米和胶体系统，以前无法访问基于晶格的连续体算法。
2016-11-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Volumetric Lattice Boltzmann Models in General Curvilinear Coordinates: Theoretical Formulation
该研究提出一般曲线坐标系下的体积晶格玻尔兹曼模型理论公式，保留一对一对流特性，精确守恒质量动量，理论上可还原对应坐标系下的Navier-Stokes方程与质量连续性方程。
2024-01-30 physics.flu-dyn
Applying contact angles based on a continuously moving contact line in 2D VOF simulations
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Institut Universitaire de France（法国高等学术研究院）
本文提出一种基于连续移动接触线的接触角方法，用于提高二维VOF模拟中平面和曲面固体表面接触角的精度和鲁棒性。
2026-01-04 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann method for fluid-structure interaction in compressible flow
我们提出了一个双向耦合流固耦合方案的刚体使用两个人口格子玻尔兹曼制定可压缩流。任意拉格朗日-欧拉公式的离散玻尔兹曼方程的贴体网格上使用的组合与多项式混合函数。混合函数方法局部化网格变形，并允许以最小的计算开销处理多个移动体。通过单柱和串联柱涡激振动的算例验证了该模型的正确性，表明该模型能够准确地描述这些系统的动力学行为。最后，在完全可压缩的制度，我们表明，该模型准确地捕捉复杂的现象，如跨音速颤振翼型。
2021-07-03 physics.flu-dyn
A High-Order Arbitrary Lagrangian-Eulerian Discontinuous Galerkin Method for the Boltzmann Equation in Nearly Incompressible Flows
Middle East Technical University（中东技术大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
提出任意拉格朗日-欧拉形式的伽辽金-玻尔兹曼方法，用于模拟具有移动边界的近不可压缩流，通过间断伽辽金离散和半解析龙格-库塔时间格式处理刚性问题，并在GPU上实现。
2026-07-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Flow force and torque on submerged bodies in lattice-Boltzmann via momentum exchange
本文对格子玻尔兹曼方法中动量交换法进行了新的推导，用以计算作用在水下物体上的流力和力矩。我们的推导不依赖于在身体表面的边界条件的特定实现，并依赖于一般原则。我们恢复一些众所周知的表达式，在某些情况下，轻微的更正，治疗的情况下，静止和运动的机构。我们还提出了一些数值试验，支持导出的公式的正确性。
2015-06-05 physics.flu-dyn
Spectral element lattice Boltzmann method for non-ideal gases with partial wetting boundary condition
City College of New York（纽约市立学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
该研究提出一种谱元格子玻尔兹曼方法，纳入非理想气体相场模型，采用力分裂方法与通量反弹方案，实现通用润湿边界条件，模拟验证显示可显著降低非结构化网格上的寄生电流。
2026-09-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Poiseuille flow in curved spaces
我们调查Poiffille通道流动通过固有弯曲的介质，配备了本地化的度量扰动。为此，我们研究的流体驱动通过弯曲的通道中的依赖的空间变形，其特征在于由参数的度量扰动（振幅，范围和密度）的通量。我们发现，通量仅取决于一个特定的参数组合，我们确定为平均度量扰动，并推导出普适的Poiffille流的通量定律。为了这项研究的目的，我们已经改进和验证了我们最近开发的晶格玻尔兹曼模型在弯曲的空间，大大减少离散晶格效应。
2016-04-11 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Lattice Boltzmann simulation of viscous fingering of immiscible displacement in a channel using an improved wetting scheme
提出了一种基于格子Boltzmann颜色梯度模型的改进润湿边界实现策略。该方法基于扩散界面假设，在接触线区域引入了一个附加界面力条件。它已被验证了三个基准问题：静态液滴润湿的平面和曲面，和动态毛细管填充。在这三种情况下都表现出良好的业绩。本文在严格验证方案的基础上，重新研究了二维通道中不混溶流体驱替的粘性指进现象。该模型具有粘度比大、接触角范围宽、动接触线精确、表面张力与粘度相互独立等优点。我们发现接触角与位移速度或手指长度的变化呈线性关系。当粘度比小于20时，驱替速度随粘度比的增大而增大，随毛细管数的减小而减小;当粘度比大于20时，驱替速度趋于某一常数。对指长的变化也得到了类似的结论。
2017-07-04 physics.flu-dyn
Capillary filling with pseudo-potential binary Lattice-Boltzmann model
我们提出了一个系统的研究毛细管填充的二元流体通过使用介观格子Boltzmann模型描述一个扩散界面移动在一个给定的接触角相对于墙壁的不混溶流体。分析了施加给定接触角的唯象方式。特别注意完全润湿的情况，即接触角等于零。数值计算结果与理论沃什伯恩定律定量一致，提供了正确的比例之间的两种流体的动态粘度被使用。最后，前体膜的存在下经历，它示出，这些膜提前的时间与平方根定律，但与不同的prefactor相对于散装接口。
2008-07-03 physics.flu-dyn
Lattice-Boltzmann simulation of free nematic-isotropic interfaces
我们使用格子玻尔兹曼和有限差分的混合方法来模拟由Landau-de Gennes理论描述的液晶的各向同性相和非均匀相之间的平坦和弯曲界面。对于平坦界面，我们测量了共存周围不同温度下的界面速度。我们表明，界面是完全静态的共存温度和轮廓宽度是符合理论预测。界面在共存温度范围内是稳定的，当两相中的一相变得机械不稳定时，界面消失。我们稳定的圆形dielectric域的温度变化，相关的拉普拉斯压力，并估计这些晶格玻尔兹曼模拟的虚假速度。
2019-07-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Simulation of a moving liquid droplet inside a rarefied gas region
TU Kaiserslautern（凯泽斯劳滕工业大学）；TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本文通过耦合玻尔兹曼方程和不可压缩Navier-Stokes方程，采用有限点集法（FPM）和DSMC粒子方法，模拟了稀薄气体中移动液滴的动力学行为，并在连续介质区验证了耦合解与Navier-Stokes解的一致性。
2012-02-14 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
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
Symmetry-breaking in drop bouncing on curved surfaces
液滴对固体表面的冲击在自然界中是普遍存在的，并且在许多工业过程中具有实际重要性。撞击平面的液滴在整个撞击过程中保持圆形对称。在这里，我们表明，一个下降撞击Echevaria叶表现出不对称的弹跳动力学与不同的扩展和收缩沿两个垂直的方向。这是圆柱形叶片的直接结果，圆柱形叶片具有与液滴相当的尺寸的凸/凹结构。系统的模拟表面和格子玻尔兹曼模拟实验研究表明，这种新的现象的结果从一个不对称的动量和质量分布，允许优先流体泵周围的下降边缘。弹跳的不对称性导致接触时间减少约40%。
2015-11-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Modeling and simulations of moving droplet in a Rarefied gas
本文研究了气相中有液体和稀薄气体相互作用的两相流。气相由Boltzmann方程的BGK模型模拟。液相采用不可压纳维-斯托克斯方程模拟。在本文中，我们排除了两相之间的热传递。提出了液相和气相的界面边界条件。由于液滴在气相中运动，其界面随时间和空间发生变形，因此采用无网格重构的半拉格朗日方法求解BGK模型。因此，相似无网格粒子法同样适用于求解不可压的液相纳维-斯托克斯方程。为了验证BGK模型和不可压纳维-斯托克斯方程的耦合解，我们将BGK模型和不可压纳维-斯托克斯方程的结果与Boltzmann模型和不可压纳维-斯托克斯方程的结果进行了比较。结果在$1D$和$2D$物理空间。
2021-08-31 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Fluid flow around NACA 0012 airfoil at low-Reynolds numbers with hybrid lattice Boltzmann method
本文采用混合格子玻尔兹曼方法（HLBM）对美国国家航空咨询委员会（NACA）0012翼型的二维绕流进行了数值模拟。该研究的目的是评估的数值性能和计算方法的鲁棒性。为此，在提供了一个收敛性研究，以估计该方法的整体精度后，我们分析了在雷诺数等于$10^3$的迎角的不同值的数值解。随后，计算了零迎角布局雷诺数达到$10^4$时的流场。一个网格加密方案被应用到重叠网格系统的均匀间隔的组件，以进一步提高模型的数值效率。结果表明，HLBM的能力，以实现高精度附近的固体弯曲壁，从而提供了一个可行的替代领域的非格子玻尔兹曼方法的基础上贴体网格。
2020-06-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mesoscopic Lattice Boltzmann modeling of dense gas flows in curvilinear geometries
本文利用标准正交标架场推导Enskog方程以支持任意坐标系，开发了有限差分Lattice Boltzmann模型求解曲线几何中的稠密气体流动，并通过类DSMC方法验证了其准确性与有效性。
2024-03-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
IGA-LBM: Isogeometric lattice Boltzmann method
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
研究针对格子玻尔兹曼方法处理弯曲边界的不足，提出等几何配置格子玻尔兹曼方法，通过在适配物体的几何上求解离散速度BGK系统实现，经测试验证具有精度、稳定性和几何保真度，能为弯曲边界流动提供高阶自由流保持方法。
2026-10-14 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Generalization of the Kelvin Equation for Arbitrarily Curved Surfaces
毛细冷凝是发生在受限几何条件下的一级汽-液相变，可用Kelvin方程来解释，但该方程对任意曲面的适用性一直存在争议，是一个严重的问题。最近，我们提出了通用的动态方程的移动表面。应用静态形状的方程和模拟界面处的压力几乎可以简单地解决开尔文方程的推广问题。这些方程对任何表面都是普遍正确的：原子、分子、微观或宏观尺度、实或虚、黎曼或伪黎曼、主动或被动。
2019-07-22 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
A volume penalization lattice Boltzmann method for simulating flows in the presence of obstacles
LBM与体积惩罚（VP LBM）方法相结合，以模拟存在障碍物的流动。使用单弛豫时间LBM和多弛豫时间LBM。对于流体运动被移动边界增强的情况，我们的结果与分析结果的比较是令人满意的。本文还计算了较高雷诺数下圆柱绕流。在这种情况下，VP LBM方法被并行化。我们的结果与文献中发现的比较，证明了VP LBM处理复杂流动的可靠性。
2018-12-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mechanism-Resolved Interface Momentum Transfer in Immersed-Boundary Lattice Boltzmann Simulations
该研究以经典流动案例为探针，解析IB-LBM模拟中边界方案、核函数等对界面动量传递的影响，揭示机制并替代通用方案排序。
2026-09-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A thermodynamically consistent free-energy lattice Boltzmann model: Incorporating generalized equilibria derived from the color-gradient approach
本文通过将基于六阶Hermite多项式的颜色梯度广义平衡态整合至基于化学势的自由能LB模型中，提出一种基于D3Q27格子和中心矩碰撞的三维热力学一致模型，有效简化了实现并准确模拟了多相现象。
2025-04-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Optimal navigation strategies for microswimmers on curved manifolds
对于在流体流中移动的微生物来说，找到到达所需目的地的最快路径是一项至关重要的任务。我们研究这个问题，通过建立一个分析的形式主义过阻尼microswimmer弯曲流形和任意流。我们表明，该解决方案对应于一个Randers度量，这是一个不对称的芬斯勒度量，反映了问题的不可逆性的测地线。使用球面的例子，我们证明了游泳者的表现，遵循这一“兰德斯政策”总是击败一个更直接的政策。对等时线形状的研究揭示了自相交、尖点和突然的非线性效应等特征。我们的工作为广义广义相对论中的微泳物理和测地线提供了一个联系。
2020-10-15 cond-mat.soft math-ph math.MP
