自由界面格子 Boltzmann 方法中边界条件变体的分析与比较
流体动力学
2023-01-24 v2 计算物理
摘要
自由界面格子 Boltzmann 方法（FSLBM）的精度在很大程度上取决于自由界面处所采用的边界条件。理想情况下，所选边界条件应平衡由液体和气体压力施加的力。根据所施加的粒子分布函数（PDFs）的数量与选择，同一边界条件可能有不同的变体。本研究分析并比较了四种变体，其中（i）边界条件应用于所有朝向自由界面法向量相反方向分布的 PDF，包括或（ii）不包括中心 PDF。虽然这些变体覆盖了已有信息，边界条件也可（iii）仅应用于缺失的 PDF 而不丢弃可用数据，或（iv）如文献中所建议仅应用于缺失的 PDF 但至少三个 PDF。研究表明，没有一种变体能在自由表面普遍平衡液体和气体压力施加的力。四种变体的精度在涵盖多种应用的五个不同数值实验中进行了比较。这些包括驻重力波、矩形与圆柱形溃坝、上升 Taylor 气泡以及液滴撞击薄液池。总体而言，变体（iii）在本研究进行的数值实验中明显比其他变体更精确。
引用
@article{arxiv.2207.13962,
title = {Analysis and comparison of boundary condition variants in the free-surface lattice Boltzmann method},
author = {Christoph Schwarzmeier and Ulrich Rüde},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.13962},
year = {2023}
}