LBM模拟中流体-壁面相互作用的剪切应力与流体力
流体动力学
2025-12-16 v1
摘要
采用格子玻尔兹曼方法（LBM）的 Chapman-Enskog 分析来恢复由外部体积力（除感应洛伦兹力外）驱动的磁流体力学（MHD）流动的纳维-斯托克斯（N-S）方程。讨论了外部体积力实现的各种数值方案，导致了不同的伪影项。进行了量级分析以证明伪影项在计算剪切应力和应变率张量时可忽略不计，这使得流体-壁面相互作用的研究和大涡模拟（LES）的实现保持简单。这澄清了文献中的困惑，其中考虑和不考虑伪影项的做法均被采用而未加讨论。此外，流体-壁面相互作用力可通过半步传播后使用特殊分布函数作为直观的动量交换率来计算，并与通过 Chapman-Enskog 分析导出的公式保持一致。运动边界的动量通量张量被揭示为违反伽利略不变性的原因，而洛伦兹力的麦克斯韦应力张量也包含在此 MHD 流动中直观计算得到的相互作用力中，这是由于平衡分布函数的修改所致。与流体动力压力和粘性剪切应力相关的相互作用力应移除这两项额外项。讨论了额外项对不同物理力全局平衡的影响。
引用
@article{arxiv.2512.12213,
title = {Shear Stress and Fluid-Wall Interaction Force in LBM Simulations of Hydrodynamic and MHD Flows},
author = {Jun Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.12213},
year = {2025}
}