LBM格子玻爾茲曼方法介紹

2016-12-22 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Lattice Boltzmann Method(LBM),即離散格子玻爾茲曼方法,主要用來模擬處于Maxwell或近Maxwell平衡態(tài)的連續(xù)流區(qū)或近連續(xù)滑移區(qū)低速槽道流。

近年,國際上許多學(xué)者提出發(fā)展將宏觀流體力學(xué)與微觀分子動(dòng)力學(xué)連接起來的介觀理論,通過發(fā)展基于分子運(yùn)動(dòng)論(氣體動(dòng)理學(xué)理論)Boltzmann方程的介觀數(shù)值模型來再現(xiàn)特征尺度達(dá)微、納米量級(jí)的氣體流動(dòng)問題。LBM就是其一。

LatticeBoltzmann(LB)方法是20世紀(jì)80年代中期建立和發(fā)展起來的一種流場模擬方法,它繼承了格子氣自動(dòng)機(jī)(LatticeGasAutomaton,LGA)的主要原理并對LGA作了改進(jìn)。LB方法的建立具有許多開創(chuàng)性的思想,特別是從模擬流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)介質(zhì)模型向離散模型的一種轉(zhuǎn)變。

格子BoftZmann方法是一種不同于傳統(tǒng)數(shù)值方法的流體計(jì)算和建模方法。與傳統(tǒng)的計(jì)算流體力學(xué)方法(如有限單元法、有限差分法等)相比,格子Boltzmann方法主要有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)算法簡單,簡單的線性運(yùn)算加上一個(gè)松弛過程,就能模擬各種復(fù)雜的非線性宏觀現(xiàn)象;

(2)能夠處理復(fù)雜的邊界條件:

(3)格子Boltzmann方法中的壓力可由狀態(tài)方程直接求解;

(4)編程容易,計(jì)算的前后處理也非常簡單;

(5)具有很高的并行性;

(6)能直接模擬有復(fù)雜幾何邊界的諸如多孔介質(zhì)等連通域流場,無須作計(jì)算網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換。

正是由于具有這些優(yōu)勢,格子Boltzmann方法自誕生之日起就受到包括物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、計(jì)算機(jī)專家和其他領(lǐng)域的科學(xué)家的廣泛關(guān)注。

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