Hydrodynamics beyond Navier-Stokes: Exact solution to the lattice Boltzmann hierarchy
在非零Knudsen数条件下，得到了稳态平面Couette流中非线性格子Boltzmann（LB）动力学方程的精确解。本文提出了一种新的求解LB动力学方程的方法，该方法将矩量法与种群边界条件相结合，可以得到所有高阶矩的封闭解。结果的收敛性表明，具有较大速度集的LB族是近似动力学理论的新途径。
2007-03-16 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.flu-dyn
A numerical tool for the study of the hydrodynamic recovery of the Lattice Boltzmann Method
通过对不同大小的子体上的运动方程进行平均得到能量和拟能的精确平衡关系，研究了格子玻尔兹曼方法（LBM）的流体动力学恢复问题.在二维各向同性均匀湍流的背景下，我们首先验证这种方法对衰减湍流的LBM模拟的合奏对伪谱（PS）模拟的合奏之一的流体动力学恢复进行比较。然后，我们进行了一个基准的LBM模拟强迫湍流雷诺数增加，通过改变输入松弛时间的LBM。这种方法可以扩展到隐式亚网格尺度（SGS）模型的研究，从而提供了一个有前途的路线，量化隐含的SGS模型的LBM框架内现有的稳定技术。
2018-09-17 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Kinetic diffuse boundary condition for high-order lattice Boltzmann model with streaming-collision mechanism
研究了高阶格子Boltzmann（LB）模型动力学扩散边界条件与特征流碰撞机制的实现。所得到的配方也进行了测试和验证的三个高阶LB模型的等温和热Couette流的数值。流-碰撞机制保证了高阶LB模型在保持粒子特征的同时又超越了Navier-Stokes流体力学。
2012-09-24 physics.flu-dyn
A non-local quasi-equilibrium state in the Bhatnagar-Gross-Krook Boltzmann equation for thermo-hydrodynamics: Conservation laws, the Boltzmann H-theorem, and the fluctuation-dissipation theorem
本研究利用动量生成子解析技术，在 BGK 玻尔兹曼方程中提出一种包含长程相互作用的非局部准平衡态表述，导出可灵活选择输运系数和状态方程的热流体动力学方程，并验证了其与守恒定律、玻尔兹曼 H 定理及涨落耗散定理的一致性。
2022-10-05 physics.flu-dyn
Burnett-level multi-relaxation-time central-moment discrete Boltzmann modeling of reactive flows
本文提出Burnett级多松弛时间中心矩离散玻尔兹曼方法，用于模拟含化学反应的复杂可压缩反应流，并通过多种典型算例验证其有效性。
2025-07-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A multi-component discrete Boltzmann model for nonequilibrium reactive flows
本文提出了一种适用于预混、非预混或部分预混非平衡反应流的多组分离散Boltzmann模型。该模型适用于有或无化学反应和/或外力的亚音速和超音速流动。建立了DBM的二维十六速模型。在流体动力学极限下，DBM恢复了力场中反应物质的修改后的纳维-斯托克斯方程。与标准格子Boltzmann模型相比，DBM不仅提供了更精确的流体力学量，而且提供了详细的非平衡效应，这些非平衡效应是必不可少的，但长期被传统流体动力学所忽视。除了非平衡项（粘性应力和热通量）在传统的模型中，具体的流体动力学和热力学非平衡量（高阶动力学矩和它们从平衡的偏离）动态地从DBM在一个简单的方式获得。由于其通用性，所开发的方法适用于许多能源技术，减排，环境保护，采矿事故预防，化学和加工行业的广泛现象。
2020-06-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fundamental Conditions for N-th Order Accurate Lattice Boltzmann Models
在本文中，我们从理论上证明了一组基本条件有关的离散速度集和相应的权重。这些条件提供了充分的条件，先验制定的格子玻尔兹曼模型，自动承认正确的流体动力矩到任何给定的N阶。
2007-11-09 physics.comp-ph 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
Color-gradient lattice Boltzmann model with nonorthogonal central moments: Hydrodynamic melt-jet breakup simulations
本文发展了一种格子Boltzmann（LB）模型，用于模拟具有中心矩的不混溶两相流。这成功地结合了三维非正交CM为基础的LB计划[A. De Rosis，Phys.Rev.E95，013310（2017）]与我们先前的颜色梯度LB模型[S. Saito，Y. Abe和K. Koyama，Phys. Rev. E 96，013317（2017）]。流体动力学熔体射流破碎模拟表明，所提出的模型是显着更稳定，即使是非常高的雷诺数，高达$O(10^6)$的流动。这使我们能够研究在实际反应堆条件下预期的现象。
2018-06-11 physics.flu-dyn
Comparative study of discrete Boltzmann model and Navier-Stokes
离散玻尔兹曼模型（DBM）是一种从玻尔兹曼方程出发的粗粒度中尺度动力学模型。在物理上，它大致相当于一个流体动力学模型补充了相关的热力学非平衡（TNE）行为的粗粒度模型。NS（Navier-Stokes）模型是基于连续性假设和守恒定律的传统宏观流体力学模型。本文通过对热Couette流动和马赫数3阶问题的数值模拟，从物理性能和计算成本两个方面对两种模型进行了比较。在TNE效应较弱的情况下，两种模型都能给出准确的水动力学行为结果。此外，DBM能提供更详细的非平衡态信息，而NS在只考虑密度、动量、能量及其导出量的情况下更有效。结论是，如果TNE效应很强或有待研究，NS是不够的，而DBM是一个很好的选择。而在TNE效应较弱且只研究宏观流场的情况下，NS更可取。
2018-04-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Rigorous Hydrodynamics from Linear Boltzmann Equations and Viscosity-Capillarity Balance
该研究从线性Boltzmann方程出发，利用谱理论与慢流形理论严格推导出流体动力学闭合，并引入熵修正实现纯黏性耗散，以Knudsen最小悖论为例验证了其有效性。
2024-11-08 math-ph math.MP physics.flu-dyn
High-Order Hydrodynamics from Boltzmann-BGK
在这项工作中，封闭的Boltzmann-BGK矩层次是通过投影的分布函数$f$到一个空间$\mathbb{H}^{N}$跨越$N$阶厄米多项式。虽然连续阶近似保留了越来越多的领先阶矩的$f$，所提出的程序产生的层次结构（单）$N$阶偏微分方程提供精确的分析描述的流体力学（$N$阶）晶格玻尔兹曼-BGK（LBGK）模拟。数值分析进行LBGK模型和直接模拟蒙特卡罗（DSMC）的情况下的正弦剪切波（柯尔莫哥洛夫流）在很宽的范围内的Weissenberg数$Wi=τνk^2$（即努森数$Kn=λk=\sqrt{Wi}$）; $k$是波数，$τ$的系统的弛豫时间，$λ\simeqτc_s$的平均自由程，和$c_s$的声速。本研究结果阐明了一般非平衡条件下LBGK模拟的适用性。
2010-02-15 physics.flu-dyn
Entropic equilibrium for the lattice Boltzmann method: Hydrodynamics and numerical properties
熵格子玻尔兹曼框架提出了考虑离散熵泛函的最小化来构造离散平衡。这种形式的离散平衡对所得求解器的性质的影响一直是文献中讨论的主题。在这里，我们提出了一个严格的分析流体力学和数值的熵。在这样做，我们证明了熵平衡的特点是无条件的线性稳定性，在传统的多项式平衡。我们揭示的机制，通过无条件的线性稳定性得到保证，其中最显着的自适应正常模式的传播速度和正定性质的耗散率的所有本征模式。我们进一步提出了一个简单的局部校正，以大大减少有效体积粘度的偏差。
2023-03-14 physics.flu-dyn
A lattice Boltzmann study of non-hydrodynamic effects in shell models of turbulence
本文发展了一种模拟湍流壳模型动力学的格子Boltzmann格式。研究了高阶动力学模（鬼模）对湍流动力学耗散特性的影响。分析发现，当鬼场放松的流体动力学的相同的时间尺度上，其主要效果是一个净增强的流体粘度。裸流体的粘度恢复，让鬼场在一个更长的时间尺度上发展。分析结果证实了高分辨率的数值模拟。这些模拟表明，流体动力流形是非常强大的非流体动力场的大波动。
2004-06-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Relativistic hydrodynamics from Boltzmann equation with modified collision term
广义的碰撞项在相对论玻尔兹曼方程，包括非局部效应，并使用Grad的14矩近似的单粒子分布函数，我们推导出相对论耗散流体动力学的演化方程，并比较它们与相应的方程中得到的标准以色列-斯图尔特和相关的方法。在一维标度展开的框架下，证明了这一推广对水动力演化的意义。
2013-03-12 hep-ph nucl-th physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann method with self-consistent thermo-hydrodynamic equilibria
晶格动力学方程纳入外部/内力领域的影响，通过移动的局部领域的局部平衡，被放置在连续动力学理论的框架内。数学处理表明，为了与正确的热流体动力学描述相一致，除了动量之外，温度也必须移动。新的观点制定的热流体动力学晶格动力学模型的非理想流体，然后设想。它还表明，在晶格上，宏观温度的定义需要包括新的条款直接相关的离散效应。对一个非理想状态方程的控制情况下的理论处理进行了测试。
2009-01-14 physics.flu-dyn
Lattice-Boltzmann Hydrodynamics of Anisotropic Active Matter
存在过多的活性物质模型来描述自推进粒子（或游泳者）的行为，包括有和没有流体动力学。然而，很少有研究考虑形状各向异性游泳者，包括流体动力学的相互作用。在这里，我们介绍了一个简单的方法来模拟自推进胶体相互作用的流体动力学在粘性介质中使用格子玻尔兹曼技术。我们的模型是基于树莓型粘性耦合和力/反力的形式主义，确保系统是免费的。我们考虑了几个各向异性的形状，并描述其流体动力学多极流场。我们证明，形状各向异性可以导致存在一个强大的四极和八极矩，除了主偶极矩。模拟和表征这些高阶矩的能力将被证明是理解模型游泳者在限制几何形状中的行为的关键。
2016-02-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A Lattice Boltzmann Model for Squirmers
蠕动体是一种简单而有指导意义的微型游泳者模型，它采用球形游泳者表面的有效滑动速度来描述其自推进。我们用格子Boltzmann（LB）方法解决流体动力学问题，该方法非常适合于涉及复杂边界条件的时间依赖性问题。将蠕动体转化为LB是相对直接的，但是需要出乎意料的精细网格分辨率来准确地捕获物理流场和行为。我们证明了这一点，使用四个基本的流体动力学测试：两个远场流-准确的流体动力学力矩和蠕动蠕动的相互作用-和两个需要近场准确地解决-一个蠕动局限于一个管和一个散射的球形障碍物-LB是能够做到的网格分辨率。我们发现很好的协议（数值）使用其他流体动力学求解器在相同的几何形状得到的结果，并确定一个最低要求的分辨率，以实现这一再现。我们讨论了我们的算法的背景下，其他流体动力学求解器，并提出了其应用前景多蠕动问题。
2019-03-31 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Grid refinement for entropic lattice Boltzmann models
我们提出了一种新的多域网格加密技术与熵不可压缩，热和可压缩格子玻尔兹曼模型的扩展。通过与已有的直接数值模拟和实验结果的比较，验证了该方法在等温、热、粘性超声速流动模拟中的有效性和准确性。特别是，我们调查的优势，网格加密的湍流通道流，流过去的一个球体，Rayleigh-Benard对流以及超音速绕流翼型的设置。重点分析了熵格子Boltzmann模型在多重网格模拟中的自适应特性。
2016-08-24 physics.flu-dyn
Reaction-limited evaporation for the color-gradient lattice Boltzmann model
提出一种色梯度格子玻尔兹曼多组分模型的反应限制蒸发方法，通过系统移除界面流体质量并引入单一自由参数，在单位密度比下误差小于5%，适用于等温及特定非等温蒸发场景。
2024-12-19 physics.flu-dyn
A lattice Boltzmann method for thin liquid film hydrodynamics
基于格子玻尔兹曼方法，提出了一种新的薄膜流动数值模拟方法。我们概述了该方法的基本特点，显示在预期的薄膜方程恢复的限制，并进行验证测试。数值方案适用于粘性Rayleigh-Taylor不稳定性的薄膜和蔓延的座滴向其平衡接触角配置。我们表明，Cox-Voinov定律是满意的，并正确捕获的效果，可调滑移长度的基板上。然后，我们解决的问题，液滴在斜面上滑动，发现毛细管数与邦德数成线性比例，与实验结果一致。最后，我们展示了该方法处理异质和复杂系统的能力，通过展示控制去湿的薄膜上的化学结构的基板。
2019-08-30 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Discrete Boltzmann Modeling of Compressible Flows
在数学上，离散玻尔兹曼模型（DBM）与传统流体力学模型的最大区别是用离散玻尔兹曼方程代替了NS方程。但在物理上，这种替代有一个显着的收益：DBM大致相当于一个流体动力学模型，补充了一个粗粒度的热力学非平衡（TNE）效应模型，其中流体动力学模型可以是，也可以超越NS。通过DBM，可以方便地对具有可变Knudsen数的系统进行仿真。随着时间的推移，对TNE的观察正在得到更多的应用。
2017-08-30 physics.flu-dyn
On the Generalized Hermite-Based Lattice Boltzmann Construction, Lattice Sets, Weights, Moments, Distribution Functions and High-Order Models
讨论了广义Hermite多项式的使用对基于Hermite的格子Boltzmann（LB）构造方法、格子集、热权重、矩和平衡分布函数（EDF）的影响。提出了一种新的力矩系统。分析了获得高阶厄米LB模型的理论可能性，该模型能够精确地匹配1）笛卡尔格点上的一些第一流体动力学矩，2）EDF中的热权重，3）同时精确匹配的最高可能流体动力学矩是用具有一些固定实值温度的最短笛卡尔格点集获得的。关键词：格子玻尔兹曼，流体动力学，动力学理论，分布函数
2013-04-17 cs.CE 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
Lattice Boltzmann Methods for Compressible (Magneto)hydrodynamics
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
提出一类新型格子玻尔兹曼方法，通过动力学公式的算法结构分离输运过程，高效求解可压缩与不可压缩磁流体动力学系统，在OpenLB中实现高达98.9%的硬件性能，并成功模拟了灵神星在超音速太阳风中的运动。
2026-05-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulence in Two-Dimensional Relativistic Hydrodynamic Systems with a Lattice Boltzmann Model
使用格子玻尔兹曼流体动力学计算模型来模拟相对论流体系统，我们探讨在二维相对论流动的湍流。首先，我们给出了一个教学描述的湍流现象和它的特点，在一个二维系统。然后介绍了经典的格子玻尔兹曼方法及其在相对论流体系统中的推广。该模型进行了测试，对一个系统，在k空间中的随机搅拌力，然后应用到一个现实的石墨烯样品。第一部分：我们研究相对论适应的格子玻尔兹曼方法再现湍流，二维，无质量的流体动力学系统与零平均随机产生的动量空间中的搅拌力。数值公式进行评估和产生的流动特性进行比较，经典湍流的属性。该模型可以合理地预期提供定量模拟带电流体在二维相对论流体系统中的流动。第二部分：在低雷诺数下，单个风力涡轮机尾流中的风流一般不是湍流。然而，风力发电场中的涡轮机会影响彼此的尾流，从而可能产生湍流。这种效果的无质量的载流子流周围的障碍物在石墨烯的模拟概述。我们使用相对论流体动力学模拟来分析含有杂质的样品中的流动。根据样品中杂质的密度，我们确实发现了潜在的湍流的证据，并讨论了实验结果。
2022-05-10 astro-ph.HE cond-mat.str-el physics.flu-dyn
Relativistic Causal Hydrodynamics Derived from Boltzmann Equation: a novel reduction theoretical approach
从相对论性Boltzmann方程出发，系统地导出了二阶流体力学方程和弛豫时间及输运系数的微观计算公式。我们的推导是基于重整化群方法的一个新的发展，重整化群方法是动力系统的一个强大的约化理论，它已成功地应用于推导非相对论性二阶流体动力学方程。我们的理论很好地给出了线性化碰撞算子的分布函数偏差的紧凑表达式，这与传统的十四阶矩法中用作支座的那些不同。结果表明，所得输运系数的微观表达式与Chapman-Enskog展开法所得的结果一致。此外，我们表明，弛豫时间的微观表达式有自然和物理上合理的形式。我们证明了流体力学变量的波动的传播速度不超过光速，因此我们的二阶方程确保了所需的因果关系。同时也证实了对于我们方程所描述的任何扰动，该平衡态都是稳定的。
2015-12-16 hep-ph nucl-th physics.flu-dyn
Coupling Lattice Boltzmann with Atomistic Dynamics for the multiscale simulation of nano-biological flows
我们描述了最近的多尺度方法的基础上并发耦合的约束分子动力学长的生物分子与介观晶格玻尔兹曼处理溶剂流体动力学。多尺度的方法是基于一个简单的计划，原子和介观尺度之间的时空信息的交换，并能够描述自洽的流体动力学效应的分子运动的计算成本与溶质的大小和溶剂的体积线性缩放。对于我们的多尺度方法的应用，我们认为通过纳米孔的生物聚合物易位的研究问题：我们发现，该方法再现具有显着的准确性的统计标度行为的易位过程，并提供了有价值的洞察生物聚合物和流体动力学运动的合作方面。
2007-10-05 physics.bio-ph physics.flu-dyn
On the Maxwell-Stefan diffusion limit for a reactive mixture of polyatomic gases in non-isothermal setting
本文推导了具有连续内能结构的多原子反应混合气体的Maxwell-Stefan型数学模型。该模型的方程推导出的动力学系统的Boltzmann方程的扩散限制所考虑的混合物，在一般的非等温设置。的动力学系统的渐近分析下进行的反应扩散的缩放，机械碰撞是占主导地位的化学反应。所得到的系统耦合的Maxwell-Stefan方程的扩散通量与发展方程的数量密度的化学物种和发展方程的混合物的温度。此外，由于化学反应和麦克斯韦-斯特凡扩散系数的生产条款的碰撞核和动力学模型的参数获得。
2019-06-27 math.AP physics.flu-dyn
From the Boltzmann equation to fluid mechanics on a manifold
我们应用Chapman-Enskog程序推导流体动力学方程的任意表面上的玻尔兹曼方程的表面。
2012-08-27 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Analytic solutions of the relativistic Boltzmann equation
在弛豫时间近似下，给出了相对论性玻尔兹曼方程的新的解析解。我们首先得到的球形扩展的解决方案，这是动力学对应的精确解的Israel-Stewart方程在文献中。这使我们能够在分析水平上比较动力学和流体动力学方程的解。然后，我们推导出一种新的玻尔兹曼方程的助推不变的解决方案，它有一个非常规的依赖于适当的时间。在二阶流体力学和流体-重力对应关系中也提出了这种解的存在性。
2015-04-21 hep-ph hep-th nucl-th
Two Dimensional Turbulence in a Massless Fluid with a Relativistic Lattice Boltzmann Model
本文提出一种相对论格子玻尔兹曼模型，用于模拟二维无质量流体的湍流行为，并通过零平均搅拌力验证其流动特性，有望应用于石墨烯和Kagome晶格中的电子流体定量模拟。
2021-01-15 astro-ph.HE cond-mat.str-el nucl-th
Dissipation in Hydrodynamics from Micro- to Macroscale: Wisdom from Boltzmann and Stochastic Thermodynamics
该研究从微观尺度精确信息论热力学恒等式推导黏性流体宏观不可逆热力学，揭示熵产生的多粒子关联损失本质，通过分子混沌假设等恢复宏观理论，明确熵与耗散的信息论起源。
2024-06-27 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Relativistic dissipative hydrodynamics from kinetic theory with relaxation time approximation
本文从碰撞项采用弛豫时间近似的Boltzmann方程出发，对接近平衡态的分布函数采用Chapman-Enskog展开式，直接从耗散量的定义出发，导出了耗散量的流体动力学演化方程。虽然方程的形式与传统的Israel-Stewart方法采用Grad的14阶矩近似和Boltzmann方程的二阶矩得到的方程相同，但得到的系数不同。在一维标度展开的情况下，我们证明了我们的结果与Boltzmann方程的数值解相比，Israel-Stewart的结果更好地符合。我们还表明，包括近似高阶修正粘性演化显着提高了这种协议，从而证明了弛豫时间近似的碰撞项。
2013-05-14 hep-ph hep-th nucl-th
