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空气动力学学报 2019年第5期37卷 731-739页

作者：费飞张俊柳朝晖华中科技大学航空航天学院武汉430074 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室武汉430074

传统随机粒子方法的时空离散步长受分子碰撞尺度(分子平均自由程和平均碰撞时间)的限制,当空间和时间离散尺度远大于碰撞特征尺度时,其输运系数的数值误差显著增加,因此如直接利用这类方法对跨流域流动精确求解,其计算效率往往是极低的(... 详细信息

传统随机粒子方法的时空离散步长受分子碰撞尺度(分子平均自由程和平均碰撞时间)的限制,当空间和时间离散尺度远大于碰撞特征尺度时,其输运系数的数值误差显著增加,因此如直接利用这类方法对跨流域流动精确求解,其计算效率往往是极低的(如DSMC方法,Fokker-Planck和BGK模型随机粒子方法)。通过对随机粒子方法输运系数离散误差的分析可知,这主要是因为传统算法将模拟分子的运动和碰撞解耦计算引起的。针对这一问题,本文介绍了适合于跨流域流动模拟的多尺度Fokker-Planck和BGK模型随机粒子方法。通过分子运动求解中耦合碰撞作用,在连续流区域,改进的随机粒子方法在较大的时间步长下仍能够满足宏观流体力学方程的输运性质。理论和计算结果显示,多尺度Fokker-Planck和BGK模型随机粒子方法可以高效准确地模拟从稀薄流到连续流的跨流域气体流动。

关键词：动理学模型随机粒子方法多尺度流动 DSMC

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高浓度固-液两相流紊流的动理学模型

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力学学报 2002年第6期34卷 956-962页

作者：唐学林徐宇吴玉林清华大学热能工程系北京100084

采用分子动理学方法,基于固-液两相流液相分子或颗粒相颗粒的Boltzmann方程,对Boltzmann方程分别取零矩和一次矩,则得到高浓度固-液两相流紊流的连续方程和动量方程,再和较成熟的低浓度两相流连续方程和动量方程比较,取低浓度两相流控... 详细信息

采用分子动理学方法,基于固-液两相流液相分子或颗粒相颗粒的Boltzmann方程,对Boltzmann方程分别取零矩和一次矩,则得到高浓度固-液两相流紊流的连续方程和动量方程,再和较成熟的低浓度两相流连续方程和动量方程比较,取低浓度两相流控制方程中较成熟合理的有关项和高浓度时由动理学方法推导出的颗粒间碰撞项,则得到高浓度固-液两相流紊流的最终控制方程:连续方程和动量方程.

关键词：固-液两相流紊流动理学模型速度分布函数 Boltzmann方程

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考虑非弹性碰撞的低浓度固液两相流动理学模型

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科学通报 2009年第11期54卷 1511-1517页

作者：傅旭东孙其诚王光谦马宏博清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

用修正的BGK模型模拟粒间非弹性碰撞效应,用Fokker-Planck扩散算子描述湍流-颗粒作用,建立了低浓度固液两相流颗粒相的模型动理学方程和宏观水动力学方程组.运用Chapm an-Enskog迭代法获得动理学方程的二阶近似解,建立了颗粒相脉动应力... 详细信息

用修正的BGK模型模拟粒间非弹性碰撞效应,用Fokker-Planck扩散算子描述湍流-颗粒作用,建立了低浓度固液两相流颗粒相的模型动理学方程和宏观水动力学方程组.运用Chapm an-Enskog迭代法获得动理学方程的二阶近似解,建立了颗粒相脉动应力和脉动能传导通量的显式本构关系.建立的动理学模型在颗粒近乎弹性条件下简化为已有的模型,为固液两相流模拟提供了一个实用模型.

关键词：动理学模型两相流非弹性碰撞 BGK模型本构关系

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固液两相流动理学模型研究

固液两相流动理学模型研究

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作者：傅旭东清华大学

学位级别：博士

该文以理论分析和数值计算为例,对一般浓度固液两相流的动理学理论模型进行了初步研究.在颗粒近乎弹性条件下,分别应用Chapman-Enskog法和Grad-13矩法,考察了一般浓度流体固体两相流的颗粒速度分布函数.结果表明,在两相脉动速度无关的... 详细信息

该文以理论分析和数值计算为例,对一般浓度固液两相流的动理学理论模型进行了初步研究.在颗粒近乎弹性条件下,分别应用Chapman-Enskog法和Grad-13矩法,考察了一般浓度流体固体两相流的颗粒速度分布函数.结果表明,在两相脉动速度无关的条件下,颗粒相本构关仍然可用快速颗粒本构关系来描述.在比较分析不同泥沙颗粒浓度分布理论的基础上,指出传统理论令反映了颗粒运动的液体相紊动扩散机制;动理学理论则包括了液相紊乱扩散和低浓度下的颗粒惯性作用或较高浓度下的粒间碰撞双重机理.从动理学的二维恒定均匀颗粒相垂向动量方程出发,导出了低浓度固液两相流颗粒浓度分布的基本公式.应用低浓度固液两相流的动理学模型和Jenkins碰撞边界条件,数值计算了水平方管内的含粗颗粒固液两相流,预测了颗粒相浓度、平均速度和脉动强度的垂向分布.通过与中高浓度快速剪切流试验资料的对比,该文模型能够反映液相存在对颗粒运动的影响,并在气固流条件下退化成快速颗粒流模型.

关键词：固液两相流本构关系动理学模型颗粒速度分布函数

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复杂有界区域上的多种类智能粒子群的动理学模型研究

复杂有界区域上的多种类智能粒子群的动理学模型研究

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作者：周理文华东理工大学

学位级别：硕士

对于在较为复杂的矩形区域中按各自群体目标运动的智能粒子群,本文尝试用动理学模型方法来研究其宏观运动规律。为了简化问题,本文着重考虑最简单、左右有连通门的三分块几何区域。粒子群动理学模型介于微观与宏观尺度之间,首先,利用博... 详细信息

对于在较为复杂的矩形区域中按各自群体目标运动的智能粒子群,本文尝试用动理学模型方法来研究其宏观运动规律。为了简化问题,本文着重考虑最简单、左右有连通门的三分块几何区域。粒子群动理学模型介于微观与宏观尺度之间,首先,利用博弈论的工具,对微观个体的相互作用进行建模,这些粒子运动的集体行为满足动力学方程的连续性条件,在区域复杂分块的条件下,构建较为合理的粒子与区域的相互作用向量场非常重要,这种相互作用向量场取决于区域的几何状况,其主要取决于设计区域的“门”和“墙”的几何特征。粒子群运动的速度函数与和粒子间的相互作用是局部的,但两者有很大不同,速度函数取决于所有粒子群的局部密度函数之和,粒子间相互作用取决于局部的不同运动方向的粒子密度函数,分为“追随本种群的其它的粒子运动”和“向着粒子群密度更小的方向运动”两种粒子间相互作用。本文首先分析了单个粒子群的运动的相互作用,多个粒子群的运动情况基本可以类似处理,但又有些许不同,从文中可以看出,多个粒子群可以按种群不同定义各自独特的微观相互作用,即粒子群与门、墙相互作用和粒子间的相互作用可以按种群不同而有所区别,微观相互作用具有了一定的种群属性,本文中将不同的粒子群与门的相互作用、与墙的相互作用定义为不一致的,将粒子间的追随属性（追随其他的粒子运动）局限于本种群,即粒子只能追随本种群的粒子运动,但将种群间的粒子的避堵属性（躲避拥堵）定义为全局的。本文致力于提供多种类智能粒子群运动的动理学宏观模型框架,并对各粒子群内部的微观相互作用给予不同的定义。数值模拟主要研究粒子群的运动时间与粒子群的初始分布、出口的大小以及群体运动速度的关系。

关键词：复杂区域多种类多智能体系统动理学模型

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多智能群体行为动理学模型研究

多智能群体行为动理学模型研究

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作者：蒙慧琳华东理工大学

学位级别：硕士

本文尝试利用动理学模型模拟在不同类型的区域中,多智能粒子群体在运动时的动态特征及其规律。群体交互的四种基本场景分别是:单向流、双向流、合并流和交叉流。根据门与墙的物理布局可以将运动的有界区域简化为以下几种:直走廊型区域,... 详细信息

本文尝试利用动理学模型模拟在不同类型的区域中,多智能粒子群体在运动时的动态特征及其规律。群体交互的四种基本场景分别是:单向流、双向流、合并流和交叉流。根据门与墙的物理布局可以将运动的有界区域简化为以下几种:直走廊型区域,T字型区域与十字路口型区域。采用介观尺度下的动理学模型来研究,利用博弈论工具对影响粒子运动的不同类型的相互作用建立模型。粒子之间的相互作用主要分为两大部分:一个是粒子与粒子的相互作用,表现为粒子对着同一类型的群体有着趋向性以及在运动的过程中避开拥挤寻找局部密度更小的区域有一个倾向性;一个是粒子与区域的几何形状间的相互作用,表现为对出口的迫切性以及避开障碍物(包括墙)的趋势。在模拟过程中我们用向量场来表示粒子几何类型的相互作用。由于不同类型区域的障碍物、墙与出口的分布不同,因此得到不同的向量场。本文应用算子分裂方法,把问题分解成一个纯平流问题和一个涉及相互作用的问题。通过数值模拟,得到几种粒子群体的自组织行为的表现。

关键词：自组织行为动理学模型博弈论障碍布局

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扩展的气体动理学模型方程-Ellipsoidal Statistical和Shakhov混合模型方程

扩展的气体动理学模型方程-Ellipsoidal Statistical和Shakhov混...

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中国力学大会——2013

作者：陈松泽徐昆蔡庆东香港科技大学数学系北京大学工学院

通过引入新的自由参数将ES和S模型方程结合起来,给出了一种动理学模型方程的一般形式。ES和S模型方程都可以囊括在这种形式之下。新的模型方程能在连续流区域导出正确NS方程,而且在非平衡流问题中能有更大的自由度。使用统一气体动理学... 详细信息

通过引入新的自由参数将ES和S模型方程结合起来,给出了一种动理学模型方程的一般形式。ES和S模型方程都可以囊括在这种形式之下。新的模型方程能在连续流区域导出正确NS方程,而且在非平衡流问题中能有更大的自由度。使用统一气体动理学格式来验证新的模型方程。通过激波结构和过渡流的微流动问题测试了不同参数条件下新模型方程的性能。

关键词：模型方程动理学模型 Ellipsoidal Statistical Shakhov

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非平衡反应流的动理学模型

非平衡反应流的动理学模型

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中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会

作者：林传栋清华大学燃烧能源中心

化学反应流包含复杂的物理和化学过程,从微观到宏观跨越多个数量级的时空尺度。作为一种介观方法,离散Boltzmann方法(DBM)继承了Boltzmann方程描述非平衡系统的动理学属性,能够有效刻画系统的多尺度行为。DBM既能恢复宏观控制方程,又能... 详细信息

化学反应流包含复杂的物理和化学过程,从微观到宏观跨越多个数量级的时空尺度。作为一种介观方法,离散Boltzmann方法(DBM)继承了Boltzmann方程描述非平衡系统的动理学属性,能够有效刻画系统的多尺度行为。DBM既能恢复宏观控制方程,又能描述系统非平衡行为特征;基于高效稳健的时间、空间和速度离散格式,模型适用于高速可压流体系统;通过在离散Boltzmann方程右侧添加反应项,将化学反应与流体系统自然耦合;使用整体一步反应模型描述化学反应进程。DBM在化学反应流的模拟应用,不仅可以对传统宏观模型的修正提供理论借鉴和数值参考,而且有助于从微介观层次深入认识反应流的物理机理和特征规律。

关键词：非平衡效应化学反应流离散Boltzmann方法动理学模型

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一个基于动理学理论的悬沙扩散系数模型

一个基于动理学理论的悬沙扩散系数模型

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第六届全国泥沙基本理论研究学术讨论会

作者：傅旭东王光谦清华大学水利系水沙科学教育部重点实验室北京100084

本文从水沙两相流的动理学模型出发,应用水流紊动能和紊动能耗散律等物理量,构建了新的悬沙扩散系数模型.新模型能够合理模拟悬沙浓度分布,并可以定量再现扩散系数在水流上部近似为常数或向水面递增的实测分布.对水流紊动Lagrange时间... 详细信息

本文从水沙两相流的动理学模型出发,应用水流紊动能和紊动能耗散律等物理量,构建了新的悬沙扩散系数模型.新模型能够合理模拟悬沙浓度分布,并可以定量再现扩散系数在水流上部近似为常数或向水面递增的实测分布.对水流紊动Lagrange时间积分尺度深入试验研究将有助于改进新模型.

关键词：悬沙扩散动理学模型明槽流动悬沙时间尺度水沙两相流

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可压流体Rayleigh-Taylor不稳定性的离散Boltzmann模拟

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物理学报 2018年第8期67卷 10-20页

作者：李德梅赖惠林许爱国张广财林传栋甘延标福建师范大学数学与信息学院福建省分析数学及应用重点实验室福州350117 北京应用物理与计算数学研究所计算物理国家重点实验室北京100088 北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871 清华大学能源与动力工程系燃烧能源中心北京100084 北华航天工业学院廊坊065000

使用离散Boltzmann模型模拟了可压流体系统中多模初始情况下的Rayleigh-Taylor不稳定性.该离散Boltzmann模型等效于一个Navier-Stokes模型外加一个关于热动非平衡行为的粗粒化模型.通过模拟Riemann问题:Sod激波管、冲击波碰撞和热Couett... 详细信息

使用离散Boltzmann模型模拟了可压流体系统中多模初始情况下的Rayleigh-Taylor不稳定性.该离散Boltzmann模型等效于一个Navier-Stokes模型外加一个关于热动非平衡行为的粗粒化模型.通过模拟Riemann问题:Sod激波管、冲击波碰撞和热Couette流问题验证模型的有效性,所得数值结果与解析解一致.利用该模型对界面间断随机多模初始扰动的可压Rayleigh-Taylor不稳定性进行数值模拟研究,得到不稳定性界面演化过程的基本图像.由于黏性和热传导共同作用,一开始扰动界面被"抹平",演化较慢;随着模式互相耦合而减少,演化开始加速,并经历非线性小扰动阶段和不规则非线性阶段,而后发展成典型的"蘑菇状",后期进入湍流混合阶段.由于扰动模式的耦合与发展,轻重流体的重力势能、压缩能与动能相互转化,系统先是趋于热动平衡态,而后偏离热动平衡态以线性形式增长,接着再次趋于热动平衡态,最后慢慢远离热动平衡态.

关键词：离散Boltzmann方法 Rayleigh-Taylor不稳定性可压流体动理学模型

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