摘要：微混合器是生物微流体芯片的重要组成部分,其通道特征尺寸一般在几十到几百微米,采用常规的流体有限元法很难获得令人满意的分析效果。本文采用格子boltzmann方法对微混合器的特性进行模拟分析。通过对两种斜槽式底面混沌微混合器通道的流场速度进行计算,模拟痕量样品粒子在载体流中的整个分散混合过程,研究了样品粒子混合的标准偏差与混合距离的关系,发现其符合高斯曲线的规律。上述仿真研究结果与相关文献的实验数据非常一致。表明格子boltzmann方法可以作为微流体混合器及微流体芯片设计中的一种有效的分析工具。

摘要：通过采用面向对象技术实现的格子boltzmann对流场的模拟 ,展示了面向对象程序设计的优越性 ,充分说明了面向对象技术在数值模拟领域中的应用前景。

摘要：格子boltzmann方法(Lattice boltzmann Method,LBM)是计算流体力学中的一种常用方法。由于LBM中的格点仅与相邻的格点间存在数据传递,因此具有良好的并行性。LBM并行算法中的数值通信部分通常采用的是格点上的微观量——分布函数。每次传递的分布函数具有多个不同的速度方向,为了进一步减少LBM并行算法的通信开销,从格子boltzmann方法的物理特性以及相应的串行程序为切入点,深层次地挖掘可并行的因子,设计了专门用于通信面的类,使用数量较少的宏观量进行通信,降低了通信所占的比重,缩短了通信时间,提高了加速比和效率。实验表明,在4 096个计算核上依然有良好的加速比和效率。

摘要：岩体中普遍存在裂隙,基于格子boltzmann方法以及D2G9离散模型在计算流体的渗流状态下具有边界条件易于设置、计算效率较高、计算结果可视化等优点,建立考虑不同粗糙度的单一裂隙渗流模型,模型的上下边界设置为无滑移的全反弹边界,左右边界则采用非平衡外推格式的分布函数边界,同时结合经典流体力学的Poiseuille流问题,对计算模型进行验证。最后,分析岩体裂隙表面粗糙程度对渗流状态的影响,计算结果表明:随壁面粗糙程度的增加,流体的流速、大小、方向均会发生不同程度的改变,并且在由粗糙度的改变而引起隙宽急剧变化的部位,局部伴随着流体旋涡的形成,导致流体内部摩擦阻力的增大,从而产生较大的局部能量损耗。

摘要：为了研究建筑内自然通风条件下的气流流动规律和预测气流分布状况,更好的为建筑通风设计提供指导。介绍了目前计算流体仿真以及格子boltzmann方法在建筑流场仿真研究中的现状,并提出了格子boltzmann方法在建筑流场仿真研究中的问题和方向。

摘要：基于格子boltzmann方法采用双分布函数分别模拟渗流速度场与溶质浓度场的演化过程,建立了三维岩石裂隙应力-渗流-溶蚀耦合作用机制的数值计算模型,并讨论了渗流流速、法向应力、溶蚀反应速率等因素对裂隙渗透特性演化规律的影响。结果表明:在渗流流速较低时,壁面溶蚀出来的离子得不到及时输运,使得出口处浓度较高溶蚀速度慢,裂隙结构呈“喇叭口”状。增大法向应力会减小裂隙开度,减慢溶质的运移速率,使得裂隙出口处的溶蚀速率显著降低,从而限制了其渗透率的发展。当壁面溶蚀反应速率较小时,裂隙渗透率呈持续缓慢增长的状态;随着溶蚀反应速率增加,出口处的溶蚀量会明显小于入口处,导致出口处壁面发生显著溶蚀之前,裂隙渗透率发展缓慢,此后渗透率便呈急速突变增长趋势。研究成果能够为酸蚀作用下岩石裂隙渗透能力的定量评价提供重要理论支撑。

摘要：基于多组分相场理论提出了一类模拟三相流体流动的轴对称格子boltzmann模型.该模型利用两个粒子分布函数来捕捉三种不同流体之间的相界面,另一个粒子分布函数来求解流体动力学方程以获得流场信息.为了刻画坐标变换引起的轴对称效应,巧妙地设计了演化方程中平衡态分布函数和外力项分布函数,从理论上保证本文模型可以正确恢复三相流体系统的宏观控制方程,并且轴对称效应产生的源项中不包含任何复杂的梯度项,从而比现有的轴对称格子boltzmann模型更加简单高效.首先通过模拟一系列轴对称多相流的基准算例,包括静态的双液滴、液体透镜的扩展和二元流体Rayleigh-Plateau不稳定性,来验证本文模型的有效性与正确性.接下来,利用该模型研究了三相流体的Rayleigh-Plateau不稳定性的增长过程,定量分析了波数和液柱半径比对复合液体线程破裂过程中界面动力学行为、界面破裂时间以及生成子液滴尺寸的影响.可以发现复合的液体线程在波数较大时破裂生成一个复合主液滴和卫星液滴,而在波数较小时可以生成更多数量的卫星液滴,这导致复合主液滴和卫星液滴的尺寸随着波数的增加呈现先增大而后减少的趋势.另外,我们发现内部流体优先于中间流体发生界面破裂,并且流体界面的破裂时间均随着波数的减小而增加.最后发现,增大液柱半径比可以促进内部液体线程的破裂,而延缓中间液体线程发生破裂,并且复合主液滴的尺寸随着液柱半径比的增加而增大,而复合卫星液滴的尺寸对液柱半径比的变化不显著.

摘要：生物过滤技术因其具有有效性、低成本和环境友好等优点引起了人们的广泛关注.该技术主要通过生物过滤器去除含有H2S等废气的有毒有害气体.运用格子boltzmann方法对三种生物过滤器模型中多孔介质的非均匀性流动进行了数值模拟.数值模拟结果表明,多孔介质的性质和进口流动条件对临界Rayleigh数有显著影响,临界Rayleigh数随着多孔介质的孔隙度和Darcy数的增大而逐渐变小,并随着进口Reynolds数的增大而逐渐变大.所得结果可望为生物过滤器的优化设计提供一个合理的理论依据.

摘要：文章围绕植被作用下的二维浅水流动数值模拟开展研究,在控制方程组中增加了植被引起的阻力项,采用D2Q9格子类型,基于格子boltzmann方法建立了模拟植被影响的二维浅水流动数学模型。选择室内水槽试验对模型进行验证,计算结果与试验数据吻合较好。利用建立的模型研究植被对抚河故道行洪时水位、流速的影响,结果表明植被的存在使主河道水位壅高、流速减小。文章对扩展格子boltzmann方法在计算水力学领域的应用和揭示植被对水流的影响规律具有重要意义。

摘要：两相闭式环路热虹吸(CLTPT)形成定向循环的动力来源是重力在蒸发器和冷凝器之间形成的压力差。本文通过修改Gong-Cheng相变LBM模型中重力项计算方式,成功模拟了CLTPT在沸腾和凝结相变共同作用下产生的自驱动现象,揭示了不同充液率下的多种两相流型的存在。发现对于本文设计的热虹吸管结构,在初始状态液相覆盖全部蒸发段的前提下,充液率越小,CLTPT的周期性越复杂,越难达到稳定运行状态,系统自循环时均质量流量更小,同时蒸发段时均温度更低。