高密度比多相流中水力方程的格子玻尔兹曼模型
流体动力学
2025-12-02 v1 计算物理
摘要
近期来，多相流（如水空气流）的高密度比已用于格子玻尔兹曼 (LB) 方法进行仿真。该方法对应求解相场方程，如 Cahn-Hilliard 方程和 Allen-Cahn 方程，以及水力方程，通常为准压缩流体的 Navier-Stokes 方程和压力方程。由于高密度比，空间密度梯度相关的高阶数值截断误差可能变得显著。这些误差可能导致剪切应力不准确、违反伽利尔不变性以及准压缩解对绝对压力的不可取决性问题。为克服此类问题，必须小心设计分布函数矩和平衡状态，同时确保鲁棒性。本文提出一种新方案，基于格子动力学方案 (LKS)，直接在与 LB 方法类似的离散空间中求解速度和压力场。将 LKS 基于模型映射到 LB 模型时，原始 LKS 模型被简化以提高计算效率，并实现滤波碰撞算子。基准测试用例确认，所提方案有效解决了这些问题，在实现高精度和鲁棒性的同时消除了 LKS 通常需要的迭代步骤。最显著的改进之一是改进了由水运动诱导的气流场精度，likely due to improved momentum transfer across the interface。
引用
@article{arxiv.2512.01027,
title = {Lattice Boltzmann models for the hydrodynamic equations in multiphase flow with high density ratio},
author = {H. Otomo and C. Sun and T. Inamuro and W. Li and M. Dressler and H. Chen and Y. Li and R. Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.01027},
year = {2025}
}