用于颗粒流离散粒子模拟的格子 Boltzmann 方法与离散元方法耦合
计算工程、金融与科学
2017-11-02 v1 计算物理
摘要
离散粒子模拟被广泛用于研究复杂几何中的大规模颗粒流，其中颗粒-颗粒与颗粒-流体相互作用需要恰当表征，但计算代价须保持较低。本工作中，我们提出一种用于此类模拟的新颖耦合方法。采用广义 Navier-Stokes 方程的格子 Boltzmann 公式描述流体运动。这有望实现适用于高性能计算的高效模拟，并且由于考虑了固相对体积排开效应，我们的方法也适用于非稀释颗粒系统。离散元方法与颗粒间润滑力的显式求解相结合，以模拟单个浸没颗粒的运动。阻力、压力与附加质量力决定了流体-颗粒相互作用的动量传递。提出并详细讨论了一种稳定耦合算法。我们通过预测球体在较宽固相体积分数范围内的沉降速度，与半经验关联式良好吻合，证明了我们的方法对稀释及稠密系统均有效。此外，充分测试并确立了黏性流体中颗粒-壁面相互作用的精度。因此，我们的方法可即刻用于各类颗粒系统，并可直接扩展至例如非球形颗粒。
引用
@article{arxiv.1711.00336,
title = {A Coupled Lattice Boltzmann Method and Discrete Element Method for Discrete Particle Simulations of Particulate Flows},
author = {Christoph Rettinger and Ulrich Rüde},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.00336},
year = {2017}
}