物理学进展 ›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (3): 137-167.

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非平衡与多相复杂系统模拟研究—Lattice Boltzmann 动理学理论与应用

许爱国,张广财,李英骏,李华   

  • 发布日期:2020-10-12

  • Published:2020-10-12

摘要: 在自然界和工程物理领域存在大量的非平衡、多相等复杂系统和复杂行为。Lattice Boltzmann (LB) 方法起源于复杂系统复杂行为研究的格子气或元胞自动机模型;其中,现代版 的Lattice Boltzmann Kinetic Model (LBKM) 植根于非平衡统计物理学的基本方程—Boltzmann 方 程。本文从物理学视角评述LB 方法,给出单松弛因子和多松弛因子LBKM 构建的统一理论,介 绍其在非平衡与多相复杂系统研究方面的应用。简单列举LB 在多相流、可压流、材料动理学等 方面的进展,重点介绍使用LB 研究流体界面不稳定性、燃烧等问题的工作。本文所重点传递的 信息为:可以通过宏观量研究系统的非平衡行为、可以提供系统偏离热力学平衡引发的宏观效应 是LBKM 建模优越于宏观连续介质建模的地方;除了可以从更基本的层面理解相应物理系统的 特征、机制和规律外,这类研究结果可以为现有程序或软件中宏观模型的改进(例如修正项的构 造)提供物理参考。

关键词: 格子玻尔兹曼;动理学模型;非平衡效应;复杂系统