格子Boltzmann

摘要： 为了研究挑流水舌空中掺气破碎以及水舌碰撞形成的复杂两相流运动,采用格子玻尔兹曼方法对泄洪过程中的挑流水舌以及两股水舌的碰撞进行数值模拟研究。研究表明:(1)格子Boltzmann方法能够对挑流掺气水舌进行数值模拟,得到掺气水舌的运动界面以及水舌风的空间分布。水舌内缘挑距、外缘挑距以及横向宽度与文献中实测数据对比误差分别为9.6%、7.9%、7.1%;(2)水舌的上下表面的涡量远远高于内部水舌,这也是水舌掺气的重要影响因素,随着水舌的掺气量不断变大,涡量向内部输运,在水舌的末端涡量达到最大;(3)水舌碰撞的数值模拟与文献中实验条件下水舌运动形态基本一致,水舌在碰撞后形成一个锥形的射流形态,并且在碰撞区域形成一股反向微射流。

摘要： 本研究采用格子Boltzmann方法分别对压力驱动和速度驱动的二维泊肃叶不可压缩流体的流动进行数值模拟,模型采用D2Q9模型及标准的碰撞迁移规则,压力驱动时采用的是含有力项的Boltzmann-BGK方程,边界采用非平衡态外推格式和充分发展格式,基于格子Boltzmann方法对流体流动的速度、压力、速度矢量进行分析对比。模拟试验结果表明,当流体流动达到稳定后,沿着平板方向截面上的速度大小呈现抛物线分布,其中心线上的压强沿着平板方向线性减小,在速度驱动下,某截面速度的模拟解与解析解最大误差仅为2.01%,从而得出在较小压力驱动下,边界层和驱动力对流体产生双重影响。

摘要： 针对多孔介质内孔隙的尺寸、分布及连通性等结构方面的复杂性和随机性,采用分形谢尔宾斯基地毯模型来实现不同孔隙率及孔隙构造,并利用双分布热耦合格子Boltzmann模型对工质的流动与传热过程进行了数值模拟。在此基础上,研究了同一孔隙结构物理模型下孔隙率和压降对渗透率的影响,探讨了同一孔隙率下压降与不同固相基质结构入口流量之间的关系,并探究了固相基质的热导率及孔隙结构在孔隙流动与传热过程所起的作用。结果显示:建立的数值计算模型能正确地描述多孔介质内的流场及温度场;不同孔隙结构及孔隙率的流线与速度云图反映了多孔介质内流线及流速的分布特征;通过增大压降及孔隙率,能够使渗透率得到提高;不同导热比及孔隙结构类型下的温度分布特征及其随时间的变化规律,能够为强化航空航天领域中相变储能材料的导热性能分析提供理论参考。

摘要： 本文提出基于格子Boltzmann方法的一种仿真SF6断路器开断过程的新方法.以252 kV压气式SF6断路器为研究对象,建立灭弧室气流场格子Boltzmann方程,推导出气流场的格子Boltz-mann模型.通过耦合触头机械运动的开断过程,仿真得到灭弧室内气流场的变化规律,将喷口上游和喉部的压力变化曲线与试验结果对比,二者有较好的一致性.结果表明,格子Boltzmann方法可以用于研究SF6断路器开断过程气流场的演变过程.

摘要： 选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于计算机断层扫描(CT)图像与格子Boltzmann方法,通过自编程序研究原状土样在大孔隙域中的细观渗流规律.结果表明:孔隙连通性好、孔径大的区域流体流速较大,且呈闪电状分布,而在孤立孔隙中流体无法流通;大孔隙渗流过程中存在明显的"指进效应",孔道中间流速最大,可达格子速度0.0932,越靠近孔壁渗流速度越小,接近于0;大孔隙存在区域,格点流速分布呈单峰状或多峰状,而多个孔隙交汇区域内格点流速分布呈散点状,且无规律可寻.

摘要： 固液相变传热过程在各个领域有着重广泛的应用,为深入研究固液相变传热过程特性,对格子Boltzmann方法在解决固液相变传热问题的相关模型进行了介绍.重点分析了基于焓法及伪焓法的固液相变LB模型,接着指出了基于焓法的LB模型可以根据焓值直接追踪相界面但需要迭代计算,而基于伪焓法的LB模型通过"预测"和"修正"无须进行迭代但将源项完全根据显热计算,从而改变了能量方程的形式,并未考虑潜热影响.对模型的对比分析,为解决固液相变相关问题提供指导与借鉴作用.

摘要： 采用流体力学格子Boltzmann方法分别建立酸化中流动过程模型及传质过程模型.通过速度场对两个过程进行耦合,实现对酸化过程的微观尺度数值模拟.结果 表明:①格子Bohzmann方法能实现对酸化过程的微观模拟,为研究碳酸盐岩油气藏酸化提供新手段;②孔隙尺寸的不均匀分布是造成碳酸盐岩非均匀溶蚀的重要原因.

摘要： 基于棉线的微流体燃料电池采用棉线作为流道,无须外部泵、易于微型化,是便携式微流体设备非常有前景的电源,但其性能受阳极燃料传质的限制.本文采用格子Boltzmann方法研究基于棉线的微流体燃料电池阳极耦合电化学反应的传质特性,通过构建三维的棉线流道数值模型,计算得到该流道内燃料的速度及浓度分布,并讨论燃料的进口浓度及流量对该电池阳极性能及传质特性的影响.计算结果表明:阳极极化曲线与实验结果吻合较好;燃料在棉线内部的流速较低,在不同阳极过电位下,燃料浓度沿流动方向均降低,且过电位越大降低得越多;进口燃料浓度越高时,平均电流密度越高,阳极性能升高;随着进口燃料流量的增加,棉线与反应界面接触部位的浓度与其他区域浓度之间的差异增大,而进口流量较低时,该浓度的差异较小且流道后段的浓度较低.

摘要： 自发渗吸广泛存在于低渗—致密油藏的水力压裂与注水开发过程中,受岩石微观结构、流体特性及边界条件等众多因素影响,精确刻画自发渗吸规律是有效提高油藏采收率的关键基础问题之一.为研究致密油藏微观孔隙结构及岩石润湿性对自发渗吸的影响机制,本文针对胜利油田樊154区块致密砂岩样品,应用CT扫描技术建立微观孔隙结构的数字岩心模型,利用格子Boltzmann多相流模型开展孔隙尺度自发渗吸模拟,分析三种典型孔隙结构特征及不同润湿条件影响下的渗吸前缘演化和采出程度变化规律.结果表明,孔隙片状发育且连通性较好的结构中渗吸速率快且非润湿流体主要以"卡断"形式捕集,最终采出程度高,孔隙尺寸细小且连通性较好的结构内渗吸速率稳定,无较大波动,渗吸现象持续时间长,非润湿流体可以通过"绕流"和"卡断"方式捕集,最终采出程度一般,形态特征以片状发育但连通性较差的结构中渗吸速率波动显著,非润湿流体主要以"卡断"方式捕集,最终采出程度低;不同润湿性影响两相流体前缘的演化规律,润湿角越小,润湿流体优先侵入孔隙角隅,两相界面杂乱、分散,主终端液面滞后明显,渗吸前缘后非润湿相滞留明显,而润湿角越大,角流现象减少,渗吸前缘形态规则,但渗吸速率减慢,渗吸程度低;渗吸前期的逆向渗吸在强润湿条件下,发生程度高且位置多,同时后期的顺向渗吸过程中,润湿性越强,渗吸作用越明显,渗吸速率越快,最终采出程度越高.研究结果有助于厘清致密油藏压裂开发中自发渗吸作用特征及其影响因素.

摘要： 自发渗吸广泛存在于低渗—致密油藏的水力压裂与注水开发过程中,受岩石微观结构、流体特性及边界条件等众多因素影响,精确刻画自发渗吸规律是有效提高油藏采收率的关键基础问题之一。为研究致密油藏微观孔隙结构及岩石润湿性对自发渗吸的影响机制,本文针对胜利油田樊154区块致密砂岩样品,应用CT扫描技术建立微观孔隙结构的数字岩心模型,利用格子Boltzmann多相流模型开展孔隙尺度自发渗吸模拟,分析三种典型孔隙结构特征及不同润湿条件影响下的渗吸前缘演化和采出程度变化规律。结果表明,孔隙片状发育且连通性较好的结构中渗吸速率快且非润湿流体主要以"卡断"形式捕集,最终采出程度高,孔隙尺寸细小且连通性较好的结构内渗吸速率稳定,无较大波动,渗吸现象持续时间长,非润湿流体可以通过"绕流"和"卡断"方式捕集,最终采出程度一般,形态特征以片状发育但连通性较差的结构中渗吸速率波动显著,非润湿流体主要以"卡断"方式捕集,最终采出程度低;不同润湿性影响两相流体前缘的演化规律,润湿角越小,润湿流体优先侵入孔隙角隅,两相界面杂乱、分散,主终端液面滞后明显,渗吸前缘后非润湿相滞留明显,而润湿角越大,角流现象减少,渗吸前缘形态规则,但渗吸速率减慢,渗吸程度低;渗吸前期的逆向渗吸在强润湿条件下,发生程度高且位置多,同时后期的顺向渗吸过程中,润湿性越强,渗吸作用越明显,渗吸速率越快,最终采出程度越高。研究结果有助于厘清致密油藏压裂开发中自发渗吸作用特征及其影响因素。

摘要： 格子Boltzmann方法是使用时间和空间完全离散的细观模型来模拟流体宏观行为的一种新方法,模型的平均行为符合宏观的Navier-Stokes方程。本文通过编写Lbm程序来实现通道内流体流动的数值模拟，并通过CFD数值模拟和Lbm方法进行对比分析。

摘要： 提出了基于格子Boltzmann的采空区顶板垮落的仿真模型(WD2G9模型).在该模型中,将采空区顶板垮落的过程抽象为全重力活塞推进过程,结合D2Q9模型和D2G9模型将活塞推进所产生的压缩冲击波在格子Boltzmann的离散网格上进行离散,随着时间的走动进行波动.在仿真过程中可以可视化地观看冲击波的波动以及空气中粒子的演化过程,观测空气速度、压力的变化情况.该方法为采空区顶板垮落灾害的预测和预防提供了新的途径.

摘要： 提出了基于格子Boltzmann的采空区顶板垮落的仿真模型(WD2G9模型).在该模型中,将采空区顶板垮落的过程抽象为全重力活塞推进过程,结合D2Q9模型和D2G9模型将活塞推进所产生的压缩冲击波在格子Boltzmann的离散网格上进行离散,随着时间的走动进行波动.在仿真过程中可以可视化地观看冲击波的波动以及空气中粒子的演化过程,观测空气速度、压力的变化情况.该方法为采空区顶板垮落灾害的预测和预防提供了新的途径.

摘要： 提出了基于格子Boltzmann的采空区顶板垮落的仿真模型(WD2G9模型).在该模型中,将采空区顶板垮落的过程抽象为全重力活塞推进过程,结合D2Q9模型和D2G9模型将活塞推进所产生的压缩冲击波在格子Boltzmann的离散网格上进行离散,随着时间的走动进行波动.在仿真过程中可以可视化地观看冲击波的波动以及空气中粒子的演化过程,观测空气速度、压力的变化情况.该方法为采空区顶板垮落灾害的预测和预防提供了新的途径.

摘要： 提出了基于格子Boltzmann的采空区顶板垮落的仿真模型(WD2G9模型).在该模型中,将采空区顶板垮落的过程抽象为全重力活塞推进过程,结合D2Q9模型和D2G9模型将活塞推进所产生的压缩冲击波在格子Boltzmann的离散网格上进行离散,随着时间的走动进行波动.在仿真过程中可以可视化地观看冲击波的波动以及空气中粒子的演化过程,观测空气速度、压力的变化情况.该方法为采空区顶板垮落灾害的预测和预防提供了新的途径.

摘要： 提出了基于格子Boltzmann的采空区顶板垮落的仿真模型(WD2G9模型).在该模型中,将采空区顶板垮落的过程抽象为全重力活塞推进过程,结合D2Q9模型和D2G9模型将活塞推进所产生的压缩冲击波在格子Boltzmann的离散网格上进行离散,随着时间的走动进行波动.在仿真过程中可以可视化地观看冲击波的波动以及空气中粒子的演化过程,观测空气速度、压力的变化情况.该方法为采空区顶板垮落灾害的预测和预防提供了新的途径.

摘要： 采用格子Boltzmann 方法对非平行布置的平板所夹楔形空间内液柱的自发运动过程进行了模拟,讨论了静态接触角和流体粘度对自发运动速度的影响,利用Laplace 压差计算了液柱能够自发运动至最窄端的临界静态接触角和系统的Helmholtz 表面自由能,分析了不浸润流体自发运动的规律,最后通过观察液柱自发运动过程中的形态变化,进一步阐述了表面张力驱动液柱自发运动的演化过程.

摘要： 采用格子Boltzmann 方法对非平行布置的平板所夹楔形空间内液柱的自发运动过程进行了模拟,讨论了静态接触角和流体粘度对自发运动速度的影响,利用Laplace 压差计算了液柱能够自发运动至最窄端的临界静态接触角和系统的Helmholtz 表面自由能,分析了不浸润流体自发运动的规律,最后通过观察液柱自发运动过程中的形态变化,进一步阐述了表面张力驱动液柱自发运动的演化过程.

摘要： 采用格子Boltzmann 方法对非平行布置的平板所夹楔形空间内液柱的自发运动过程进行了模拟,讨论了静态接触角和流体粘度对自发运动速度的影响,利用Laplace 压差计算了液柱能够自发运动至最窄端的临界静态接触角和系统的Helmholtz 表面自由能,分析了不浸润流体自发运动的规律,最后通过观察液柱自发运动过程中的形态变化,进一步阐述了表面张力驱动液柱自发运动的演化过程.

摘要： 采用格子Boltzmann 方法对非平行布置的平板所夹楔形空间内液柱的自发运动过程进行了模拟,讨论了静态接触角和流体粘度对自发运动速度的影响,利用Laplace 压差计算了液柱能够自发运动至最窄端的临界静态接触角和系统的Helmholtz 表面自由能,分析了不浸润流体自发运动的规律,最后通过观察液柱自发运动过程中的形态变化,进一步阐述了表面张力驱动液柱自发运动的演化过程.

摘要： 本发明实施例公开了一种适用于格子Boltzmann方法的直角网格自适应建模方法，该方法包括：S101：将根网格单元划分成直角子网格单元以获得包括初始物面网格和初始流场网格的初始网格；S102：对初始物面网格进行直角网格自适应处理以获得最终自适应物面网格，并与初始流场网格一起作为初始计算网格；S103：基于当前计算网格并采用格子Boltzmann方法进行流场求解，以获得当前流场计算结果，并基于当前流场计算结果获得流场计算自适应参量；S104：判断所有的流场计算自适应参量是否都小于第一设定阈值；S105：若是，则将当前流场计算结果作为最终流场计算结果，若否，则对当前流场网格进行一次直角网格自适应处理并与最终自适应物面网格一起作为新的计算网格并返回S103。

摘要： 本发明公开了一种基于颗粒离散元与格子Boltzmann的压缩渗透试验数值模拟方法，该方法包括以下步骤：S1、开展砂雨法与拟振动压实法的三维颗粒离散元模拟，制备不同相对密实度的虚拟压缩试样；S2、对虚拟压缩试样逐级施加轴向压力，进行侧限压缩试验的三维颗粒离散元数值模拟，得到各级压力下压缩稳定后的离散元数值模型；S3、对各级压力压缩后的离散元数值模型分别进行切片，并对切片图像进行处理，建立对应的孔隙结构模型；S4、针对建立的孔隙结构模型开展渗流的格子Boltzmann数值模拟。本发明克服了现有室内压缩渗透试验技术的不足，且原理简单、实施方便、计算效率高、应用效果好，验证了基于颗粒离散元与格子Boltzmann的压缩渗透试验数值模拟方法的可行性和优越性。

摘要： 本发明提出了一种基于精细中子时空动力学格子Boltzmann方法的GPU加速方法，属于核反应堆设计及安全分析技术领域。所述方法为：在多核GPU设备上采用格子Boltzmann方法对非均匀堆芯进行扩散计算得到稳态条件下核反应堆不同空间位置、不同能群中的中子注量率分布以及缓发中子先驱核浓度分布；然后，采用格子Boltzmann方法求解准静态时空动力学方程，得到不同时刻下中子标量注量率的时空分布情况以及缓发中子先驱核浓度在不同时刻不同位置的分布。本发明所述加速方法能降低反应堆大规模并行计算的难度，同时大幅度提高反应堆中子时空动力学问题的计算速度；消除了传统方法实现复杂、成本高、加速效率不高的缺陷。

摘要： 本发明公开了一种基于离散‑连续耦合及格子Boltzmann的虚拟三轴渗透试验仿真方法，包括以下步骤：S1、构建虚拟三轴试样的离散‑连续耦合数值模型；S2、施加各向相等的压应力，开展固结过程的离散‑连续耦合数值仿真；S3、维持侧向围压并施加轴向加载速度，开展剪切过程的离散‑连续耦合数值仿真；S4、对三轴剪切过程中的虚拟试样进行切片，对切片图像进行处理，计算试样的体积应变，并建立对应的格子Boltzmann数值模型；S5、针对建立的格子Boltzmann数值模型开展渗流的格子Boltzmann数值模拟，计算试样的渗透率。本发明原理简单、实施方便、计算稳定，通过虚拟三轴渗透试验仿真实例，验证了本发明的基于离散‑连续耦合及格子Boltzmann的虚拟三轴渗透试验仿真方法的可行性和优越性。

摘要： 本发明公开了基于格子Boltzmann算法的膜生物降解有机污水模拟方法，通过建立膜生物反应器双分布函数的三维格子Boltzmann传质模型，得出平衡态密度分布函数和组份浓度分布函数，计算宏观参数，用于求解反应器内流场及浓度场分布，根据宏观参数获得反应器内的降解性能，进而预测实际工艺结果；通过对膜生物反应其内流动传输过程的数值计算，模拟计算影响生物膜内部物质输运及生物降解性能的关键因素，进而为膜生物降解有机污水的实际工程应用提供一定的指导和预测；本方法不受可视化、实验设备及精度的限制，能够方便灵活的将不同反应器引入模型并避免人为因素造成的物理失真。

摘要： 本发明公开了基于Python用格子Boltzmann方法进行激光粉末床熔化过程的模拟方法，完全依托Python语言及Numpy、Mayavi等扩展包实现建模、计算和数据可视化的全过程。与传统CFD方法不同，此方法无需基于连续性假设，只需将运算点视为可相互碰撞‑传递的粒子，能够高效的求解且可通过Python代码高度灵活的定制模拟需求。本发明的数值模拟方法，提供了新思路，得到了打印过程中轮廓扫描对实体扫描的影响以及在激光转角处的温度场以及流场情况，为工艺参数的优化提供参考，同时作为一种高效的数值模拟方法，旨在为单层多道激光粉末床熔化过程熔池的温度场和流场分析提供一种新型解决方案。

摘要： 本发明涉及一种基于格子Boltzmann动压气体轴承间隙微流动仿真方法，选用多松弛时间格子Boltzmann模型，然后将动压气体轴承简化为刚性轴承，在其转静子间隙流场内生成贴体网格，并采用广义插值格子玻尔兹曼方法进行求解；此外为了实现微流动的模拟，将松弛时间与Kn数进行关联，同时基于非平衡外推格式，将Langmuir滑移模型引入格子Boltzmann方法(LBM)中，可以满足间隙微流动在滑移区和过渡区的模拟；最后可以得到流场内的速度分布情况以及气膜压力，从流场特征角度分析轴承机理，为更好的设计轴承提供一定的理论基础。克服了转静子间隙气体流动处于过渡区流态时，基于连续性假设的常规宏观方法不再适用的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于颗粒离散元与格子Boltzmann的压缩渗透试验数值模拟方法，该方法包括以下步骤：S1、开展砂雨法与拟振动压实法的三维颗粒离散元模拟，制备不同相对密实度的虚拟压缩试样；S2、对虚拟压缩试样逐级施加轴向压力，进行侧限压缩试验的三维颗粒离散元数值模拟，得到各级压力下压缩稳定后的离散元数值模型；S3、对各级压力压缩后的离散元数值模型分别进行切片，并对切片图像进行处理，建立对应的孔隙结构模型；S4、针对建立的孔隙结构模型开展渗流的格子Boltzmann数值模拟。本发明克服了现有室内压缩渗透试验技术的不足，且原理简单、实施方便、计算效率高、应用效果好，验证了基于颗粒离散元与格子Boltzmann的压缩渗透试验数值模拟方法的可行性和优越性。

摘要： 本发明公开了一种基于离散‑连续耦合及格子Boltzmann的虚拟三轴渗透试验仿真方法，包括以下步骤：S1、构建虚拟三轴试样的离散‑连续耦合数值模型；S2、施加各向相等的压应力，开展固结过程的离散‑连续耦合数值仿真；S3、维持侧向围压并施加轴向加载速度，开展剪切过程的离散‑连续耦合数值仿真；S4、对三轴剪切过程中的虚拟试样进行切片，对切片图像进行处理，计算试样的体积应变，并建立对应的格子Boltzmann数值模型；S5、针对建立的格子Boltzmann数值模型开展渗流的格子Boltzmann数值模拟，计算试样的渗透率。本发明原理简单、实施方便、计算稳定，通过虚拟三轴渗透试验仿真实例，验证了本发明的基于离散‑连续耦合及格子Boltzmann的虚拟三轴渗透试验仿真方法的可行性和优越性。

摘要： 本发明涉及一种基于格子Boltzmann的页岩气多相流动模拟方法，属于页岩气渗流理论领域；它解决现今页岩储层流体流动表征难度较大，现有的岩心实验分析方法很难获得准确的渗流特征参数等问题；其技术方案是：引入单组分两相伪势模型建立多相流动的页岩气格子Boltzmann模型，通过模拟两相分离验证模型准确性和多相模拟程序的有效性，再有效表征液相在固相表面的粘附作用并模拟不同固相密度下的接触角，从微尺度多相渗流中抽离并模拟两种典型流动：非混相流体平面驱与带腔管道驱替，在此基础上，模拟多孔介质两相流，分析了润湿角和含水率对多孔介质气液两相流的影响。本发明基于格子Boltzmann模拟页岩气多相流动，实现页岩气多相流动过程可视化，省时省力。