净化的两-松弛时间格子布尔�方法:消除 TRT 中的鬼模式以提升稳定性
流体动力学
2026-02-09 v1 数学物理
math.MP
摘要
两-松弛时间(TRT)格子布尔�模型因其简单性和可调边界精度而广泛采用。然而,其碰撞算子松弛完整对称非平衡分量,隐式保留了非流体动力学鬼模式,导致在高雷诺数时稳定性下降。在本工作中,我们在 TRT 框架内建立了鬼模式过滤与正则化之间的严格联系。通过将离散速度空间分解为流体动力学与非流体动力学子空间,我们证明了带鬼模式显式消除的标准 TRT 模型与 TRT-正则化格子布尔�(TRT-RLB)模型在数学上等价。该等价性在 D2Q9 和 D3Q19 网格上恰好成立,其中,对称与反对称子空间完全由与物理相关的 Hermite 模态和可识别鬼模式所张成。基于这一发现,我们提出了净化 TRT(P-TRT)模型,通过简单的代数鬼模式消除来实现正则化水平的稳定性,而无需昂贵的张量投影。对于 D2Q9,非平衡碰撞计算量从 180 降至 52 个浮点运算/节点,降低 71%。进一步的矩空间线性稳定性分析表明,P-TRT 算子消除鬼特征值,证明其谱半径上限不超过标准 TRT,且稳定性仅由流体动力学模式决定。包括雙剪切层(雷诺数达 10^7)、泡沫-格林涡衰减、受力驱动的普鲁斯方流以及沿正方圆柱流动等基准测试表明,P-TRT 保留了 TRT-RLB 的稳定性、二阶精度和零滑移边界特性,同时保持了 TRT 系列的简单性。
引用
@article{arxiv.2602.06686,
title = {Purified Two-Relaxation-Time Lattice Boltzmann Method: Removing Ghost Modes from TRT for Enhanced Stability},
author = {Yuan Yu and Yaolong Yu and Yuting Zhou and Siwei Chen and Haizhuan Yuan and Shi Shu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.06686},
year = {2026}
}
备注
32 pages, 7 figures, 7 tables