基于格子Boltzmann方程方法的相场建模

在本文中，首先开发了一种适用于低粘度值的二元流体格子Boltzmann方法。该方案是将基于自由能的方法扩展到多松弛时间碰撞模型。为了进行验证，进行了各种基准问题测试，例如众所周知的静态气泡拉普拉斯定律和毛细波测试。作为一个引人注目的应用，研究了封闭管道中上升气泡的不稳定性，并在极高雷诺数下观察到了气泡的不规则行为。为了突出其模拟高雷诺数流动的能力（这对许多其他模型而言是一项挑战），成功模拟了湍流状态下的典型摇摆气泡。随后，在相场建模的背景下，提出了一种适用于存在密度反差的多相流格子Boltzmann方法。与大多数基于相场理论的现有模型不同，该方案不仅能够承受极低的粘度值，而且成为研究中等密度比两相流问题的极具前景的方法。除了与基于动力学的模型进行比较外，该方法还通过与理论解和实验数据进行对比得到了进一步验证。开展了包括上升气泡、液滴在湿表面上的飞溅以及液滴下落等多种案例研究，以展示该格子Boltzmann模型的多功能性。