微纳尺度非连续有界气体流动的格子 Boltzmann 方法速度离散化
计算物理
2022-08-24 v1
摘要
格子 Boltzmann（LB）方法本质上与带 Bhatnagar-Gross-Krook 碰撞算子的 Boltzmann 方程相关联；然而，对于微纳尺度下气体以低速运动但克努森数很大的非连续有界气体流动，其能否模拟一直受到质疑。本文通过基于流行的半空间高斯厄米特（HGH）求积法的线性化 LB 模型模拟中等及大克努森数（如 Kn=10 与 Kn=100）下的库埃特流，验证了这一点。依据对所涉 Abramowitz 函数的数值评估，分析了这些传统模型精度差的根本原因。随后提出采用高斯勒让德（LG）求积的速度离散化新思路。令人惊讶的是，所得基于 GL 的 LB 模型在强过渡乃至自由分子流区的库埃特流模拟中取得了高精度。本文数值研究揭示了构建 LB 模型以模拟具有强非连续效应的微纳尺度低速气体流动的一种本质不同但可行的方式。
引用
@article{arxiv.2110.12126,
title = {Velocity Discretization for Lattice Boltzmann Method for Noncontinuum Bounded Gas Flows at the Micro and Nanoscale},
author = {Yong Shi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.12126},
year = {2022}
}