×

用格子Boltzmann方法模拟多物理化学传输的广义局部网格细化方法。 (英语) Zbl 1488.65531号

总结:通过发展格子Boltzmann方法的通用局部网格细化方法,研究了通过不同尺寸几何体的多物理输运现象。重新审视粗网格上局部精细补片的方法,通过Chapman-Enskog展开,可以将离子电迁移、热源、电体力和自由净电荷密度等多物理化学源项严格纳入分布函数的重标度关系中,细网格和粗网格之间的互换。我们提出了两种通用的格子Boltzmann局部精化方法,用于求解动量方程和具有源项的对流扩散方程。为了评估我们的算法,(i)通道中的体力驱动的Poiseuille流;(ii)电渗流,其中重叠和非重叠双电层的泊松-能斯特-普朗克方程与Navier-Stokes方程耦合;(iii)在平板中产生热量的对称和非对称1D和2D热传导;以及(iv)带电表面附近的电势分布,进行了数值模拟。与现有解析解的良好一致性证明了所提算法对可能耦合或解耦的扩散或对流扩散方程的鲁棒性。本模型可以拓宽局部网格细化在复杂输运现象建模中的应用,例如不同尺寸几何体中的多物理化学输运现象。

MSC公司:

65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
65M50型 涉及偏微分方程初值和初边值问题数值解的网格生成、细化和自适应方法
78A57型 电化学
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
20年第35季度 玻尔兹曼方程
35问题35 与流体力学相关的PDE
60年第35季度 与光学和电磁理论相关的PDE
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] H.DAIGUJI、P.D.YANG和A.MAJUMDAR,纳米流体通道中的离子传输,纳米通讯。,4(2004),第137-142页。
[2] R.B.SCHOCH,J.Y.HAN和P.RENAUD,纳米流体中的输运现象,现代物理学。,80(2008),第839-883页。
[3] M.TAGHIPOOR、A.BERTSCH和P.RENAUD,纳米通道电导的温度敏感性,ACS Nano,9(2015),第4563-4571页。
[4] 李涛,孟晓明,郭振中,多孔介质中粘性指进混溶溶液反应混合的孔隙尺度研究,计算。《流体》,155(2017),第146-160页·Zbl 1410.76363号
[5] Y.Q.ZU和S.HE,具有密度和粘度对比的不可压缩二元流体系统的基于相场的晶格Boltzmann模型,物理。E版,87(2013),043301。
[6] F.-J.YAO,K.LUO,H.-L.YI和M.XIE,使用格子Boltzmann方法分析自然对流和体积辐射熔化,《国际传热传质杂志》,112(2017),第413-426页。
[7] K.LUO,J.WU,H.-L.YI和H.-P.TAN,《承受单极注入和热梯度的平面介质液体层中电热对流的格子Boltzmann模型》,《国际传热杂志》,103(2016),第832-846页。
[8] M.WANG和Q.KANG,使用耦合晶格玻尔兹曼方法模拟微通道中的电动流动,J.Compute。物理。,229(2010),第728-744页·Zbl 1183.82071号
[9] A.ALIZADEH,L.ZHANG和M.WANG,微通道内低雷诺电渗流动的混合增强,《胶体界面科学杂志》。,431(2014),第50-63页。
[10] M.WANG和Q.KANG,二氧化硅纳米通道中的电化学机械能量转换效率,微流体。纳米流体。,9(2010年),第181-190页。
[11] M.S.HOSSAIN、X.B.CHEN和D.J.BERGSTROM,使用格子Boltzmann方法在圆股上的流体流动和质量传递,《热质传递》,51(2015),第1493-1504页。
[12] Y.WANG,L.M.YANG和C.SHU,《从晶格玻尔兹曼方法到晶格玻尔茨曼通量解算器》,《熵》,17(2015),第7713-7735页。
[13] 郭晓霞,姚建凯,钟中伟,曹建伟,一种用于粘性流动模拟的混合自适应浸没边界格子Boltzmann方法,应用。数学。计算。,267(2015),第529-553页·Zbl 1410.76355号
[14] 黄荣忠,吴海英,基于总焓的晶格玻尔兹曼方法及其固液相变自适应网格细化,J.Compute。物理。,315(2016),第65-83页·Zbl 1349.76694号
[15] 袁海忠,王毅,舒春秋,用于模拟复杂二元流体流动的自适应网格细化多相格子Boltzmann通量解算器,物理。《流体》,29(2017),123604。
[16] J.Y.SHAO,C.SHU,J.WU和Y.T.CHEW,二维不可压缩多相流的模板自适应相场晶格Boltzmann方法,Int.J.Numer。《液体方法》,72(2013),第671-696页·Zbl 1455.76152号
[17] 吴建中,二维不可压粘性流动的自适应格子Boltzmann方法,计算学报。物理。,230(2011),第2246-2269页·兹比尔1391.76643
[18] C.SHU和Y.L.WU,自适应网格细化增强局部DFD方法及其在求解NavierStokes方程中的应用,国际数值杂志。《流体方法》,51(2006),第897-912页·Zbl 1158.76383号
[19] 丁立中,舒春红,赵南,模拟二维不可压缩多相流的Stencil自适应扩散界面法,计算。流体,39(2010),第936-944页·Zbl 1242.76199号
[20] O.FILIPPOVA和D.HANEL,网格细化的格子-BGK方案加速,J.Com-put。物理。,165(2000),第407-427页·Zbl 0990.76070号
[21] O.FILIPPOVA和D.HANEL,晶格网格细化-BGK模型,J.Compute。物理。,147(1998),第219-228页·兹比尔0917.76061
[22] A.FAKHARI和T.LEE,采用块结构自适应网格细化技术的有限差分格子Boltzmann方法,Phys。E版,89(2014年)。
[23] E.BAYRAKTAR、O.MIERKA和S.TUREK,使用CFX、OpenFOAM和FeatFlow对圆柱体周围三维层流进行基准计算,国际计算杂志。科学。《工程》,第7期(2012年),第253-266页。
[24] C.L.LIN和Y.G.LAI,复合网格上的格子Boltzmann方法,物理。E版,62(2000),第2219-2225页。
[25] A.DUPUIS和B.CHOPARD,替代晶格Boltzmann网格细化算法的理论和应用,Phys。E版,67(2003)。
[26] M.ROHDE、J.J.DERKSEN和H.E.A.VAN DEN AKKER,高级晶格-玻尔兹曼技术在移动、无滑移边界和局部网格细化方面的适用性研究,计算。《流体》,37(2008),第1238-1252页·Zbl 1237.76142号
[27] D.LAGRAVA、O.MALASPINAS、J.LATT和B.CHOPARD,多畴晶格玻尔兹曼网格细化进展,J.Compute。物理。,231(2012),第4808-4822页·Zbl 1246.76131号
[28] G.EITEL-AMOR、M.MEINKE和W.SCHROEDER,具有分层细化网格的格子Boltzmann方法,计算。《流体》,75(2013),第127-139页·Zbl 1277.76082号
[29] H.LIU,J.G.ZHOU,M.LI和Y.ZHAO,浅水流动溶质运移的多块晶格Boltzmann模拟,《高级水研究》,58(2013),第24-40页。
[30] M.STIEBLER、J.TLKE和M.KRAFCZYK,分层网格的平流扩散格子Boltzmann格式,计算。数学。申请。,55(2008),第1576-1584页·Zbl 1142.76455号
[31] I.GINZBURG,一般平流和各向异性扩散方程的平衡型和连接型格子Boltzmann模型,《高级水研究》,28(2005),第1171-1195页。
[32] J.K.WANG、M.WANG和Z.X.LI,流体-固体共轭传热的格子Boltzmann算法,国际热学杂志。科学。,46(2007),第228-234页。
[33] M.R.WANG和N.PAN,具有随机微观结构的多相复合材料的弹性性能,J.Compute。物理。,228(2009),第5978-5988页·Zbl 1168.74044号
[34] E.V.DYDEK、B.ZALTZMAN、I.RUBINSTEIN、D.S.DENG、A.MANI和M.Z.BAZANT,微通道中的过限电流,Phys。修订稿。,107(2011),第5页。
[35] V.V.NIKONENKO、A.V.KOVALENKO和M.K.URTENOV、N.D.PISMENSKAYA、J.HAN、P.SISTAT和G.POURCELLY,《超极限海流下的海水淡化:现状和前景》,《海水淡化》,342(2014),第85-106页。
[36] D.S.DENG、E.V.DYDEK、J.H.HAN、S.SCHLUMPBERGER、A.MANI、B.ZALTZMAN和M.Z.BAZANT,多孔介质中的超限电流和冲击电渗析,Langmuir,29(2013),第16167-16177页。
[37] M.SCHNHERR、K.KUCHER、M.GEIER、M.STIEBLER、S.FREUDIGER和M.KRAFCZYK,格子Boltzmann方法在CPU和GPU非均匀网格上的多线程实现,计算。数学。申请。,61(2011),第3730-3743页。
[38] J.TÖLKE,S.FREUDIGER和M.KRAFC-4K,一种使用分层网格进行格子Boltzmann多相流模拟的自适应方案,Comput。《流体》,35(2006),第820-830页·Zbl 1177.76332号
[39] D.YU、R.MEI和W.SHYY,粘性流体流动的多块格子Boltzmann方法,国际期刊数值。《液体方法》,39(2002),第99-120页·Zbl 1036.76051号
[40] D.Z.YU,R.W.MEI,L.S.LUO和W.SHYY,格子Boltzmann方程法粘性流计算,进步航空科学。,39(2003),第329-367页。
[41] P.DUTTA和A.BESKOK,二维直管道中混合速度损失/压力驱动流动的分析解:有限德拜层效应,Ana。化学。,73(2001),第1979-1986页。
[42] P.DUTTA、A.BESKOK和T.C.WARBURTON,混合电子显微镜/压力驱动微流的数值模拟,数值。传热零件应用。,41(2002),第131-148页。
[43] S.CHEN和G.D.DOOLEN,流体流动的格子Boltzmann方法,年。流体力学版次。,30(1998年),第329-364页·Zbl 1398.76180号
[44] X.HE,S.CHEN和G.D.DOOLEN,不可压缩极限下格子Boltzmann方法的新型热模型,J.Compute。物理。,146(1998),第282-300页·Zbl 0919.76068号
[45] 陈海东、陈顺义和马塔乌斯,用格子气体玻尔兹曼方法恢复navier-stokes方程,物理学。版本A,45(1992),第R5339-R5342页。
[46] M.WANG和Q.KANG,使用耦合晶格玻尔兹曼方法模拟微通道中的电动流动,J.Compute。物理。,229(2010),第728-744页·Zbl 1183.82071号
[47] 郭振中,郑春斌,离散晶格对晶格玻尔兹曼方法中强迫项的影响,物理学。E版,65(2002),046308·Zbl 1244.76102号
[48] V.S.ARPACI,导热,皮尔逊定制酒吧;简编,(1991年)·Zbl 0144.46703号
[49] D.LI,《微流体中的电动力学》,爱思唯尔学术出版社,(2004)。
[50] M.WANG和S.CHEN,均匀带电微纳米无规多孔介质中的电渗,胶体界面科学杂志。,314(2007),第264-273页。
[51] P.C.LICHTNER,反应传输建模的原理和实践,核废物管理的科学基础十七,研讨会,111(1995),第117-130页。
[52] A.ALIZADEH和M.WANG,《不均匀获得表面电荷的球形粒子周围电渗的直接模拟》,电泳,(2016年)。
[53] A.ALIZADEH,M.E.WARKIANI和M.WANG,通过改变溶液的入口pH来操纵纳米流体通道的电动电导,微流体。纳米流体。,21(2017),第52页。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。