【摘 要】
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本文给出了详尽的格子玻尔兹曼方法的概述:包含其理论基础、起源、基本思想及主要特征,历史进展、重要的综述、著名书刊、应用及可用计算机代码,从而为从事有关研究的学生与研究人员提供了丰富的参考文献.通过文献检索阅读,揭示了以下有待探讨的理论问题:(a)麦克斯韦-玻尔兹曼分布(Maxwell-Boltzmann distribution)的建立只涉及稀薄气体的压力内能,但未考虑粘性应力的内能;(b)三个守恒律无法从玻尔兹曼方程直接导出,必须借助外加的小参数展开完成,同时在守恒方程中无法引入外力及能源的贡献;(c)
【机 构】
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英国南安普敦大学工程物理部工学院海洋工程系,南安普敦SO16 7QF
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本文给出了详尽的格子玻尔兹曼方法的概述:包含其理论基础、起源、基本思想及主要特征,历史进展、重要的综述、著名书刊、应用及可用计算机代码,从而为从事有关研究的学生与研究人员提供了丰富的参考文献.通过文献检索阅读,揭示了以下有待探讨的理论问题:(a)麦克斯韦-玻尔兹曼分布(Maxwell-Boltzmann distribution)的建立只涉及稀薄气体的压力内能,但未考虑粘性应力的内能;(b)三个守恒律无法从玻尔兹曼方程直接导出,必须借助外加的小参数展开完成,同时在守恒方程中无法引入外力及能源的贡献;(c) Lattice Boltzmann Method (LBM)执行中,只更新流体的物质密度和平均速度,不更新其内能参数.由于在复杂流动中,流体的内能是时间及空间的函数,因此其理论是不完整的.以上揭示的理论问题是现有LBM方法不能有效地求解涉及高速及大压缩性引起内能剧烈变化的复杂流场的原因.作者给出一篇理论研究文章以回答揭示的理论问题.“,”This short review presents a detailed introduction to lattice Boltzmann method (LBM) involving its theoretical background,originality,fundamental ideas with main characteristics,historic developments,important review papers,recognized books,applications,and available computer codes,which provides comprehensive reference resources for students and researchers intending to engage the related research.Through reading the publications,it is revealed that the following theoretical problems need to be addressed.(a) Maxwell-Boltzmann distribution developed from dilute gases concerns only the pressure-internal energy,but does not reflect the one produced by viscous stresses.(b) Three conservation laws cannot be directly derived by the lattice Boltzmann transport equation,but need a multi-scaling expansion,and the energy conservation equation does not include the external energy generation source.(c) LBM has an implementation process that only updates the two macroscopic parameters:the mass density and the mean velocity,without updating the internal energy,and therefore is not a complete theory,since the internal energy in complex flows is a function of time and space points.These revealed issues could be the reasons causing current LBM schemes failed to simulate the flows with high speeds or high compressibility concerning obvious change of internal energy in flow fields.Finally a paper of theoretical investigations on LBM is given as an effort to address these revealed problems.
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