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
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
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
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
Multiphase curved boundary condition in lattice Boltzmann method
边界处理是模拟流体流动的基础;特别是在格子玻尔兹曼方法中，弯曲边界条件有效地提高了具有复杂几何边界的单相模拟的精度。然而，传统的弯曲边界条件通常会导致显着的质量泄漏或增加时，他们直接用于多相流模拟。我们发现主要原因是曲边条件中没有考虑非理想效应，其次是计算误差。本文将非理想效应引入到线性插值格式中，并对插值误差进行补偿，提出了一种多相曲线边界条件来处理具有复杂几何形状的润湿边界。一系列大密度比下的静态和动态多相流模拟验证了该格式的准确性和质量守恒性。
2022-05-13 physics.flu-dyn
A multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for simulating incompressible axisymmetric thermal flows in porous media
本文提出了一种多弛豫时间（MRT）格子Boltzmann（LB）模型，在代表性基本体积（REV）尺度下模拟多孔介质中不可压缩轴对称热流。在该模型中，除了D2 Q5 LB方程的温度场，提出了一个D2 Q9 MRT-LB方程求解流场。该模型的源项简单，不含速度和温度梯度项。通过对MRT-LB模型在矩空间的Chapman-Enskog分析，正确地恢复了多孔介质轴对称流动的广义轴对称纳维-斯托克斯方程。通过对几个典型的轴对称多孔介质热问题的数值模拟，验证了该模型的有效性。数值结果与文献报道的数据吻合较好，证明了本文提出的MRT-LB模型模拟多孔介质轴对称热流的有效性和准确性。
2016-03-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A fugacity-based Lattice Boltzmann method for multicomponent multiphase systems
自由能模型可以将格子玻尔兹曼方法推广到多相体系。然而，缺乏能够模拟具有部分可分解性的多组分多相流体的模型。此外，现有的模型不能被推广到任何多组分状态方程提供的热力学信息的选择。在本文中，我们介绍了一个自由能格子玻尔兹曼模型，其中强迫项是由逸度的物种，热力学性质，连接物种分压化学势计算。通过这样做，我们能够进行多组分多相模拟的部分混溶流体和推广的方法与任何多组分状态方程的利益。我们针对不同温度和压力条件下两组分和三组分混合物的气液平衡情况测试了这种基于逸度的格子玻尔兹曼方法。我们证明，该模型是能够可靠地再现相密度和组合物的多组分热力学预测，并可以重现不同的特征压力组合物和温度组合物信封具有很高的精度。我们还表明，该模型可以提供准确的预测动态条件下。
2022-12-20 physics.flu-dyn
Lattice-Boltzmann model for axisymmetric thermal flows
在这份简短的报告中，热格子玻尔兹曼（LB）模型的轴对称热流在不可压缩的限制。该模型基于双分布函数LB方法，该方法因其良好的数值稳定性而备受关注。与现有的轴对称热LB模型相比，该模型简单，并保留了标准LB方法的固有特征。本文对圆管内热发展层流流动和同轴竖直圆柱环隙内自然对流进行了数值模拟。模拟得到的努塞尔数与解析解和/或以前的研究报告的结果吻合得很好。
2009-05-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
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
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
Convection in multiphase flows using Lattice Boltzmann methods
我们提出了高分辨率数值模拟的对流多相流（沸腾）使用一种新的算法的基础上的格子玻尔兹曼方法。我们首先验证了算法的几何和运动学特性。然后，我们进行了一系列的三维数值模拟，在改变相图中的平均属性，并比较对流与无相共存在$Ra \sim 10^7$。我们发现，在存在的成核气泡的非奥贝贝克Boussinesq效应的发展，平均温度分布变得不对称，传热和传热波动增强。我们还表明，小尺度的速度和温度场的属性受到强烈影响的存在下，导致高的非高斯分布在散装的浮力气泡。
2011-11-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann models for the hydrodynamic equations in multiphase flow with high density ratio
Simulia R\&D, Dassault Systémes Americas Corp., Waltham, MA 02451,USA.
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
Physics-Informed Neural Networks for Enhanced Interface Preservation in Lattice Boltzmann Multiphase Simulations
Independent Researcher（独立研究者）
本文提出耦合物理信息神经网络与格子玻尔兹曼方法的框架，通过液滴模拟验证，有效抑制界面扩散，保持界面锐度，提升多相模拟精度。
2025-04-18 cs.AI 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
Multiphase Aluminum A356 Foam Formation Process Simulation Using Lattice Boltzmann Method
Shan-Chen模型是一种利用格子玻尔兹曼方法模拟多相流体流动的数值方法。原始的Shan-Chen模型无法准确预测气泡在非水流体中的相互作用行为。在本研究中，我们扩展了Shan-Chen模型，考虑了气泡之间的吸引-排斥障碍的影响。该模型修正了原有Shan-Chen格式中的相互作用和合并准则，以更准确地模拟泡沫金属中气泡的形态。该模型是基于在生长过程中合并气泡之间形成薄膜（窄通道）。当通道内出现速度和压力振荡，随后气泡合并时，膜破裂。通过对A356铝合金的金相图像和数值模拟结果的比较，发现气泡的平均尺寸和分布具有很好的一致性
2017-08-15 cs.CE physics.flu-dyn
Numerical simulation of pulmonary airway reopening by the EOS-based multiphase lattice Boltzmann method
气溶胶的形成与肺气道重新开放过程中液体塞的破裂有关。这个过程的流体动力学很难预测，因为破裂涉及复杂的液-气转变。状态方程在气液相变的热力学过程中起着关键作用。在这里，我们提出了一个基于EOS的多相格子玻尔兹曼模型，其中的非理想力直接评估EOS。该多相模型用于模拟肺气道重新开放并研究呼气过程中的气溶胶形成。数值模型首先验证了Fujioka等人的模拟。（2008年）。并且结果与他们的研究合理地一致。此外，还对有气溶胶形成和无气溶胶形成两种情况下的破裂进行了对比分析。结果表明，气溶胶对上皮细胞的损伤与无气溶胶时基本相同，即使气道压降增加约67%。通过数值模拟，研究了压降、液塞厚度和液膜厚度对气溶胶粒径和机械应力的影响。结果表明，随着压降的增大和液塞厚度的减小，气溶胶粒径和机械应力增大;随着液膜厚度的减小，气溶胶粒径和机械应力减小。本多相模型可以扩展到研究携带流感病毒或冠状病毒生物颗粒的生物气溶胶的产生和传播。
2021-03-15 physics.flu-dyn
Capillary flow simulation with the phase-field-based lattice Boltzmann solver
Simulia R\&D, Dassault Syst e mes Americas Corp. , Waltham, MA 02451,USA.
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
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
Kinetic Energy Approach to Dissolving Axisymmetric Multiphase Plumes
构造了一个浮力多相羽流的唯象动能理论，该理论足够一般，可以考虑分散相的溶解。我们考虑一个轴对称的羽流，并模拟溶解的Ranz-Marshall方程中发生的质量传递系数依赖于羽流的属性。我们的动能的方法，而且推广，以便考虑到可变的滑移速度。理论模型与各种实验结果进行了比较，结果令人满意，模型中的一个核心要素是湍流相关参数I，它的作用类似于传统羽流理论中的常规卷吸系数α。我们使用实验数据来建议之间的关系I，在源处的初始气体通量，和气体释放的深度。这种关系被用来预测五个不同的案例研究。与各种实验数据的比较表明，在实践中使用参数I建立的动能方法具有与传统的阻尼系数模型的预测能力的顺序。此外，本模型的一个优点是，它的预测是非常迅速的数字计算。最后，我们给出了一个灵敏度分析的动能的方法。事实证明，该模型相对于大多数输入参数是相对稳定的。结果表明，只要溶解程度适中，溶解对分散相的动力学影响不大。
2008-04-17 physics.ao-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
Unrestricted component count in multiphase lattice Boltzmann: a fugacity-based approach
本文提出并验证了一种基于逸度的格子玻尔兹曼方法，可模拟多达十个化学组分的多相混合物，消除组分数量限制，并通过热力学验证和三元相图展示了其准确性与线性计算扩展性。
2023-06-19 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
Forcing scheme in pseudopotential lattice Boltzmann model for multiphase flows
赝势格子Boltzmann（LB）模型是LB界广泛使用的多相模型。在这个模型中，一个相互作用力，这通常是通过一个强制方案实施，是用来模拟分子间的相互作用，导致相分离。因此，该强迫方案预计将在赝势LB模型中发挥重要作用。在本文中，我们的目的是解决一些关键问题，在赝势LB模型的强迫方案。首先，对单-陈强迫方案和精确差分强迫方案进行了理论和数值分析。这两个计划的性质和恢复宏观方程将显示。其次，通过理论分析，揭示了赝势LB模型中不同的强迫方案表现出不同性能的现象背后的物理机制。此外，在分析的基础上，我们将提出一个改进的强迫方案，并数值证明，改进的方案可以被视为一种替代方法，实现热力学一致性的赝势LB模型。
2012-04-18 cond-mat.soft 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
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 framework for multiphase flows by Eulerian-Eulerian Navier-Stokes equations
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica（意大利国家计量研究所）
本文提出一种新的格子玻尔兹曼框架，用于求解欧拉-欧拉多相流方程，无需有限差分修正，可处理大密度比和真实阻力系数关系，为高性能计算和新型并行硬件模拟多相流提供新途径。
2025-01-05 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Highly Efficient Lattice-Boltzmann Multiphase Simulations of Immiscible Fluids at High-Density Ratios on CPUs and GPUs through Code Generation
本文提出了一种基于保守Allen-Cahn模型的多相格子玻尔兹曼方法的高性能实现方法，该方法支持高密度比和高雷诺数。元编程技术用于自动为CPU和GPU生成优化代码。耦合模型在高级符号描述中指定，并通过自动转换进行优化。通过计算核的融合减少了所得到的算法的内存占用。屋顶线分析证明了在单个GPU上生成代码的出色效率。由此产生的单个GPU代码已被集成到多物理场框架waLBerla中，以在大型域上运行大规模并行模拟。通信隐藏和支持GPUDirect的MPI产生近乎完美的缩放行为。缩放实验是在Piz Daint超级计算机上进行的，该计算机具有多达2048个GPU，模拟了数百个完全解析的气泡。此外，验证的实施中所示的物理相关的三维气泡在水中上升。
2020-12-11 cs.MS cs.PF physics.flu-dyn
Higher-order Tuning of Interface Physics in Multiphase Lattice Boltzmann
本研究提出利用Shan-Chen多相模型力模板自由度，通过格子压力张量调节高阶导数项系数，实现对表面张力和Tolman长度的精确控制，为相变流体动力学高保真建模提供新工具。
2025-05-29 cond-mat.stat-mech nlin.CG physics.flu-dyn
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
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
Accurate wetting dynamics via a conservative Allen-Cahn based lattice Boltzmann approach for multiphase flows
Roma Tre University（罗马第三大学）；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）
研究多相流精确润湿动力学，提出基于保守艾伦 - 卡恩晶格玻尔兹曼框架的局部几何润湿边界条件，通过虚拟相场值施加接触角，经多种测试验证，能准确模拟相关流动现象，为复杂几何中受润湿控制的流动提供准确可扩展框架。
2026-07-29 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
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
Coupled Level-Set Lattice Boltzmann Method on Adaptive Cartesian Grids
Jülich Aachen Research Center for Simulation and Data Science, RWTH Aachen University and Forschungszentrum Jülich（于利希-亚琛模拟与数据科学研究中心，亚琛工业大学和于利希研究中心）
本文提出一种耦合水平集格子玻尔兹曼方法，用于在自适应笛卡尔网格上模拟液-气多相流，以提高界面跟踪的准确性和效率。
2026-01-09 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
Local volume-conserving lattice Boltzmann model for incompressible multiphase flows
针对经典Cahn-Hilliard方程两相体积不守恒问题，本文结合轮廓校正与level-set方法提出修正方程，并构建精确界面捕捉LB模型，数值实验验证其局部体积守恒与小液滴界面表征优势。
2025-05-16 physics.flu-dyn
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
Discrete Boltzmann multi-scale modeling of non-equilibrium multiphase flows
本文的目的是双重的：第一是制定和验证一个多尺度离散玻尔兹曼方法（DBM）的基础上的密度泛函动力学理论的热多相流系统，从连续过渡流制度;第二是提出一些新的见解热流体动力学非平衡（THNE）的影响，在相分离过程中。从方法上讲，DBM包括三个主要支柱：（i）确定最少的动力矩关系，这是描述连续流体力学范围之外的显著THNE效应所需要的，（ii）构造恢复所有期望的动力矩的适当的离散平衡分布函数，（iii）检测、描述、基于非平衡分布矩（$f-f^{(eq)}$）的THNE的介绍和分析。适当的附加高阶热力学动力学矩的结合大大扩展了DBM的处理较大值的液体-蒸气密度比，抑制寄生电流，并确保质量-动量-能量守恒的能力。与仅具有一阶THNE的DBM（GAN et al.软物质11，5336）相比，该模型获得了超过三阶超Burnett水平的动力学矩，并且即使当局部Knudsen数超过$1/3$时，对于弱、中等和强THNE情况也是准确的。在物理上，THNE与有关物理参数之间的线性关系的终点提供了一个明确的标准，以确定系统是否接近或远离平衡。此外，表面张力对界面附近的THNE有抑制作用，但通过界面的平滑和加宽，使THNE的范围扩大，强度增强。
2022-09-05 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Numerical analysis of the lattice Boltzmann method for simulation of linear acoustic waves
我们分析了线性格子玻尔兹曼（LB）公式模拟线性声波在非均匀介质中的传播。我们采用单弛豫时间Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）以及一般的多弛豫时间（MRT）碰撞算子。通过计算各种二维晶格的色散关系，我们表明D2 Q5晶格是线性声学问题的最合适的模型。我们还实现了LB格式的网格细化算法来模拟波在具有速度差的非均匀介质中的传播。我们的结果表明，LB计划的性能是与经典的二阶有限差分格式。考虑到其并行计算的效率，LB方法可以是用于模拟复杂几何形状和多相介质中的线性声波的具有成本效益的工具。
2017-04-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Cascaded Lattice Boltzmann Method based on Central Moments for Axisymmetric Thermal Flows Including Swirling Effects
提出了一种基于中心矩和多重弛豫时间的级联格子Boltzmann（LB）方法，用于模拟轴对称柱坐标系中受浮力和/或涡旋驱动的热对流。在这方面，轴向和径向动量分量以及压力的动力学表示的装置的2D纳维-斯托克斯方程的几何质量和动量源项在伪笛卡尔形式，而方位角动量和温度场的演变分别由对流扩散型方程与适当的本地源项建模。在此基础上，级联LB计划涉及三个分布函数制定解决的子午面中的流体运动使用D2 Q9格子，并解决的方位角动量和温度场使用D2 Q5格子。使用一种新的对称算子分裂技术，通过碰撞前和碰撞后的源步骤周围的级联碰撞步骤的每个分布函数的几何质量和动量源项的流场和能量源项的温度场。这些结果在一个特别简单和紧凑的配方，直接代表各种几何源项的影响一致的变化，在适当的零阶和一阶矩。模拟几个复杂的浮力驱动的热流，包括旋转的影响，在圆柱形的几何形状，使用新的轴对称级联LB计划显示出良好的协议与以前的基准结果的速度和热场的结构，以及传热率的努塞尔数。
2018-06-26 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.flu-dyn
Molecular dynamics perspectives on nonideal fluid models for the lattice Boltzmann method
Tufts University（塔夫茨大学）；North Dakota State University（北达科他州立大学）
通过分子动力学模拟验证非理想流体介观模型，发现混合伪势与自由能方法的力公式最一致，为格子玻尔兹曼模型选择提供指导。
2026-06-23 physics.comp-ph 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
Fluid-Structure Interaction with the Entropic Lattice Boltzmann Method
我们提出了一种新的流体-结构相互作用（FSI）计划，使用熵多弛豫时间格子玻尔兹曼（KBC）模型的流体域结合非线性有限元求解器的结构部分。通过与文献数据的比较，我们证明了所提出的方案对于各种具有挑战性的设置的有效性。除了验证，我们扩展了KBC模型的多相流和耦合有限元求解器。通过模拟液滴对弹性超疏水表面的冲击，证明了熵多弛豫时间模型在复杂流固耦合应用中的鲁棒性和可行性。
2017-10-06 physics.flu-dyn
Kinetic modeling of multiphase flow based on simplified Enskog equation
在离散Boltzmann方法（DBM）的框架下，提出了一种新的多相流动力学模型。与以往的DBM方法不同，该模型采用了自底向上的方法。采用Enskog碰撞模型描述了分子大小和排斥势的影响，通过平均场近似方法得到了吸引势。直接引入了导致非理想状态方程和表面张力的分子间相互作用作为外力项。对库埃特流、两相共存曲线、拉普拉斯定律、相分离、液滴碰撞等典型的基准问题进行了数值模拟，验证了模型的正确性。特别地，对于两种液滴碰撞，比较研究了由$(f - f ^{eq})$的二阶和三阶非守恒动力学矩定义的两种非平衡效应$\bar{D}_2^*$和$\bar{D}_3^*$的强度，其中$f$（$f^{eq}$）为平衡分布函数.有趣的是发现在碰撞过程中，$\bar{D}_2^*$总是明显大于$\bar{D}_3^*$，$\bar{D}_2^*$可以用来识别碰撞过程的不同阶段，区分不同类型的碰撞。对于非平衡效应较强、粘性应力的线性本构关系不再成立的情况，该建模方法可直接推广到高阶模型。
2020-09-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical simulation of blood with fluid-structure interactions using the lattice-Boltzmann method
这里介绍的流体动力学视频概述了多相细胞血流模拟的最新进展，通过直接数值模拟变形红细胞（RBC）通过几个数值实验证明。视频显示了各种数值模拟中的红细胞变形，红细胞悬浮液在剪切中的相对粘度，以及血液Hagen-Poiffille流的细胞耗尽壁层。
2010-10-15 physics.flu-dyn
