基于格子 Boltzmann 方法的冰晶生长建模
流体动力学
2022-01-26 v1
摘要
鉴于生长形态繁多、对环境条件高度敏感以及涉及尺度范围宽广，雪花晶体是最具挑战性的建模系统之一。本文致力于开发并验证一种基于格子 Boltzmann 方法的流场/物质/相耦合求解器。首先表明该模型能正确捕捉物质与相生长耦合。进而，通过对受通风效应影响的晶体生长研究，表明模型正确捕捉了流体动力学诱导的非对称生长。随后，将验证后的求解器用于模拟 Nakaya 图中板状生长区在不同湿度与温度环境条件时的雪花生长。所得晶体形态与文献中可获得的数值及实验参考数据进行比较。与实验数据的整体一致性表明，所提算法正确捕捉了晶体形状以及一次和二次分支失稳的起始。作为研究的最后部分，考察了强制对流对雪花生长的影响。结果表明，与文献观测一致，在此条件下晶体呈现非对称生长。由强制对流引起的晶体周围非均匀湿度甚至可导致同一晶体不同侧面上不同生长模式的共存。
引用
@article{arxiv.2101.07163,
title = {Modeling ice crystal growth using the lattice Boltzmann method},
author = {Q. Tan and S. A. Hosseini and A. Seidel-Morgenstern and D. Thévenin and H. Lorenz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.07163},
year = {2022}
}