双流体模型的格子玻尔兹曼模拟

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1、双流体模型的格子玻尔兹曼模拟作者：KrishnanSankaranarayanan,SankaranSundaresan化工学院，普林斯顿大学，普林斯顿，新泽西本文中提出了一个隐式的格子玻尔兹曼方程隐式的用来模拟分散两项相混合物的局部平均流动行为的格子玻尔兹曼方程。采用应用多尺度展开扩展的技术方法，结果可以看出，被提出的格子玻尔兹曼方程可以简化成广泛应用于颗粒悬浮液的双流体模型。格子玻尔兹曼方法的可行性已经通过实举例进行了论证。格子玻尔兹曼方法容易编程相对简单并且易于相对容易并行。因此，。我们建议这种方法可以作为一个有吸引力的替代传统方

2、法的求解解决双流体模型的方程的方法使用将会很有吸引力。1.介绍分散两相流在工业实践中普遍存在，譬如，比如那些我们在流化床和鼓泡塔中内观察到的流动离散两项流在工业实践中普遍存在。许多这样的流动本质上从根本上来说是不稳定的，并且他们表现出了复杂的时空结构。为了理解放大行为、理解流动模式对不同过程特性，如传热和传质、化学反应的选择性和转化率的影响，现在人们对在大型的工艺容器设备中建立这种分散两相流流动模型类型和模拟的模型和在其中模拟这种流动类型有很大的兴趣是非常有必要的。对分散二相流的分析通常采用双流体模型的方程，因为人们为了了解放大后的情况

3、和流行对不同过程特性，如热量和质量传递、选择性和化学反应转化率的影响。离散两项流通常用双流体模型对它进行研究，双流体模型将离散相和连续相看做是相互渗透的连续阶段介质，离散相和连续相的局部平均量，如并且如体积分率、速度、组分浓度和离散相和连续相的温度都这些参数的局部平均值被看做是相互关联的场变量。这个平均化的过程得到导致双流体模型引入了中产生了许多的术语，譬如，比如界面相互作用力，和离散相和连续相中的有效应力，这些都需要本构方程进行封闭构建模型。欧拉-拉格朗日方法中离散相是用拉格朗日方法跟踪，为了和欧拉-拉格朗日方法区分，双流体模型通常也

4、叫有时候指代欧拉-欧拉模型，为了和欧拉-拉格朗日方法区别开来，欧拉-拉格朗日方法中离散相是用拉格朗日方法跟踪的。用有限元和有限体积方法来解双流体模型的方法在文献中被广泛的提及，例如，开源的开放领域的软件平台MIFX9,10是基于有限体积法。由于离散相和连续相的方程具有强耦合性，求解这些高度非线性离散化的方程具有是有挑战性的因为离散相和连续相的方程式强烈地耦合的。虽然一个迭代求解解决所有离散方程的充分完全耦合的求解器解是肯定可行的，但是是它在很大程度上依旧是相当非常昂贵的，而且大部分的计算研究只机研究采用的是一个更为低有效、的，串行的顺序

5、求解器，。例如参考文献9和10。完全不同的方法，以更有效的方式解决多相流问题，具有扩大用现有资源可以解决复杂问题范围的潜力，例如，近年来，在Snider描述的多相PIC方法在得到了巨大的关注。能够有效的解决多相流的那些不同的方法存在扩大到用于解决一个与实际有关的复杂的问题的可能性。例如，由Snider11提出的多相粒子的描述在近年吸引了许多关注。在本文中，我们提出一个基于格子玻尔兹曼方法的替代方法来求解解决双流体模型。特别具体为地，我们提出使用修正的改进了带有BGK碰撞项的格子玻尔兹曼方程方法伴随BGK碰撞相来直接模拟双流体模型。由于因

6、为在格子玻尔兹曼方法中，计算机的每一步的时间步长都是“局部的”，因此所以，这个方法相比于传统方法比（譬如，如有限体积法）具有有巨大的优势。格子玻尔兹曼方法已经被广泛地的用于求解解决单相流问题，详；请见参考文献12和13。，格子玻尔兹曼方法也已经被应用到于各种两相问题的细节求解单变量的双流体模型的特定问题了，譬如。比如，Ladd的开创性的工作，建立起了流体-颗粒粒子流动的细节求解特定解的框架，其中流体的流动采用被格子玻尔兹曼方法跟踪，颗粒粒子的运动采用求解是用牛顿运动方程。解决的文献中，。这种方法已被经在文献中被发现广泛地用于模拟研究液-

7、固流动的问题18-25并且构建适用于颗粒流体系统的双流体模型的流体-颗粒作用力的本构关系开发了流体的本构关系——对于流体的双流体模型中的粒子之间的相互作用——粒子流18-23。格子玻尔兹曼方法同时于被应用求解到获取特定上升的气泡悬浮液的上升过程泡沫悬浮的液流动的详细流场特定解29,30。目前的研究不同于我们的这些研究，我们主要是寻求一个格子玻尔兹曼方法算法来解双流体模型的方程。Flekkøy，和Hermann31和,Tan32等人已经使用修正改进了的格子玻尔兹曼方法来解决颗粒流动问题，。而Wang王和Wang等33人使用改进的修正的格子

8、玻尔兹曼方程求解了一个方法来解简单的双流体模型。本文超越了之前的研究，我们开发发展了修正修改后的格子玻尔兹曼方程法来模拟通常所有的被用来研究分散两相流的完整双流体模型方程公式这个公式常被用来研究离散双流体模