×

电子LBM

swMATH ID: 31183
软件作者: Alpak,F.O。;扎卡鲁迪奥,I。;Berg,S。;Dieterich,J。;北卡罗来纳州萨克森纳。
描述: 在通用图形处理单元上使用相场格子Boltzmann方法在大型数字岩石图像上直接模拟孔隙尺度两相黏液柱流。我们描述了基础数学、验证、,以及在格子Boltzmann方法(LBM)框架内求解的新型Helmholtz自由能量最小化相场模型的应用,该模型用于直接在通过显微CT扫描获得的真实岩石的大型3D图像上高效模拟两相孔隙尺度流。该技术的代码实现被称为eLBM(基于能量的LBM),是用CUDA编程语言执行的,以最大限度地利用多节点通用图形处理单元(GPGPU)的加速计算。eLBM的动量平衡求解器基于多重松弛时间(MRT)模型。Boltzmann方程在空间、速度(动量)和时间坐标中使用3D 19速度网格(D3Q19格式)进行离散,这在精度和计算效率之间提供了最佳折衷。MRT模型相对于传统单松弛时间Bhatnagar-Gross-Krook(BGK)的优点模型包括(I)增强的数值稳定性,(II)独立的体积粘度和剪切粘度,以及(III)与粘度无关的无滑移边界条件。MRT模型的缺点是,与BGK模型相比,它的计算要求略高。通过GPGPU实现eLBM的MRT模型,这个小障碍很容易克服。据我们所知,eLBM是第一个利用多个GPGPU节点的基于能量的LBM的工业级分布式并行实现。控制序参量分布的Cahn-Hilliard方程被完全集成到LBM框架中,大大加快了真实系统上的孔尺度模拟。虽然eLBM模拟器的各个组件可以在各种参考文献中单独找到,但我们的新贡献是(1)将所有计算和高性能计算组件集成到一个统一的实现中,以及(2)提供全面和明确的定量验证结果在包括各种真实岩石图像在内的各种流动域的鲁棒性和准确性方面,使用eLBM。我们成功地验证了eLBM并将其应用于几个逐渐增加复杂性的瞬态两相流问题。研究的问题包括:(1)收缩毛细管中的卡扣;(2) 海恩斯跳上微观模型(排水过程中)、凯顿石灰岩图像、枫丹白露和卡斯特莱特砂岩图像(排水和随后的渗吸过程中);和(3)在Berea砂岩图像上进行毛细管去饱和模拟,包括将数值计算的残余非润湿相饱和度(作为毛细管数的函数)与文献中报告的数据进行比较。对大型3D岩石图像进行的大量物理验证测试和应用表明,eLBM作为数字岩石物理工作流程的直接粘-毛细管孔隙尺度两相流模拟器,具有可靠性、鲁棒性和有效性。
主页: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10596-019-9818-0
关键词: 自由能晶格玻尔兹曼方法;伦敦银行;相场法;Cahn-Hilliard方程;Navier-Stokes方程;孔隙尺度流动模拟;两相流;计算流体动力学;计算流体力学;多次放松时间;地铁;数字岩石物理;DRP(灾难恢复计划);通用图形处理单元;GPGPU(通用图形处理器);并行计算;脱离;赫恩斯阶跃;强制排水;强迫吸胀;残余油
相关软件: drp基准;特里利诺斯;CUDA公司
引用于: 4出版物

按年份列出的引文