使用高度可扩展并自适应方法模拟大尺度不均匀性的多相流动粒子
流体动力学
2026-05-21 v1
摘要
涉及分散成分具有大尺度不均匀性的多相流动的数值模拟，如在浮选工艺中由毫米级气泡与微米级矿物颗粒之间的碰撞，提出了显著的计算挑战。在均匀网格上精确解析有限尺寸对象的薄边界层，同时在大尺度湍流域中跟踪大量小颗粒，往往代价高昂。为此，我们提出了一种并行可扩展的计算框架，将 lattice Boltzmann 方法与浸入边界方法耦合在动态自适应八叉树网格上。开发了用于高效并行宿主单元搜索的关键算法，显著加速了在分布式非结构网格上 Lagrangian 点跟踪。对代码的准确性和鲁棒性进行严格验证，包括振荡圆柱引发的流动和球体沉降。该框架应用于气泡-颗粒碰撞的多尺度问题。在静止流动中，仿真准确地捕捉了水动力拦截机制，复现了颗粒至气泡尺寸比例平方的理论碰撞效率比例定律。此外，该框架应用于完全解析气泡与惯性点颗粒在均匀各向同性湍流中的相互作用。
引用
@article{arxiv.2605.20565,
title = {Simulations of Particle-Laden Flows with Large Dispersed-Phase Size Disparities Using Highly Scalable Parallel Adaptive Methods},
author = {Linfeng Jiang and Enrico Calzavarini and Dominik Krug},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.20565},
year = {2026}
}