LBM格子玻尔兹曼方法介绍

2016-12-22 by:CAE仿真在线来源:互联网

Lattice Boltzmann Method(LBM),即离散格子玻尔兹曼方法,主要用来模拟处于Maxwell或近Maxwell平衡态的连续流区或近连续滑移区低速槽道流。

近年,国际上许多学者提出发展将宏观流体力学与微观分子动力学连接起来的介观理论,通过发展基于分子运动论(气体动理学理论)Boltzmann方程的介观数值模型来再现特征尺度达微、纳米量级的气体流动问题。LBM就是其一。

LatticeBoltzmann(LB)方法是20世纪80年代中期建立和发展起来的一种流场模拟方法,它继承了格子气自动机(LatticeGasAutomaton,LGA)的主要原理并对LGA作了改进。LB方法的建立具有许多开创性的思想,特别是从模拟流体运动的连续介质模型向离散模型的一种转变。

格子BoftZmann方法是一种不同于传统数值方法的流体计算和建模方法。与传统的计算流体力学方法(如有限单元法、有限差分法等)相比,格子Boltzmann方法主要有以下优点:

(1)算法简单,简单的线性运算加上一个松弛过程,就能模拟各种复杂的非线性宏观现象;

(2)能够处理复杂的边界条件:

(3)格子Boltzmann方法中的压力可由状态方程直接求解;

(4)编程容易,计算的前后处理也非常简单;

(5)具有很高的并行性;

(6)能直接模拟有复杂几何边界的诸如多孔介质等连通域流场,无须作计算网格的转换。

正是由于具有这些优势,格子Boltzmann方法自诞生之日起就受到包括物理学家、数学家、计算机专家和其他领域的科学家的广泛关注。

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