用于混合热晶格波尔兹曼方法的温度耦合算法技术

一种方法，包括在晶格速度集合中模拟流体体积中的粒子的运输，其中该运输引起粒子之间的碰撞；以及为粒子的运输生成分布函数，其中该分布函数包括热力学步骤和粒子碰撞步骤，并且其中热力学步骤基本上独立于粒子碰撞步骤并与其分开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权保护本申请援引35U.S.C.§119(e)要求对2013年7月31日提交的美国临时专利申请序列No.61/860,392的优先权，该申请的全部内容通过引用被结合于此。
技术介绍
晶格波尔兹曼方法(LBM)(或热晶格波尔兹曼方法(LBM))是用于流体模拟的一类计算流体动力学(CFD)方法。代替求解Navier-Stokes方程，求解离散波尔兹曼方程，以便利用诸如Bhatnagar-Gross-Krook(BGK)的碰撞模型来模拟牛顿流体的流动。通过跨有限数量的粒子模拟流化和碰撞过程，固有的粒子相互作用表明跨更大质量适用的粘性流动行为的缩影。
技术实现思路
一般而言，本文档描述了用于在晶格速度集合中模拟流体体积中粒子的运输的技术，其中该运输引起粒子之间的碰撞；以及为粒子的运输生成分布函数，其中该分布函数包括热力学步骤和粒子碰撞步骤，并且其中热力学步骤基本上独立于粒子碰撞步骤并与其分开。在一些例子中，分布函数还包括平流步骤，并且其中，通过用热力学步骤增强平流r>步骤而不是用热力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在晶格速度集合中，模拟流体体积中的粒子的运输，其中所述运输引起所述粒子之间的碰撞；及为所述粒子的运输生成分布函数，其中所述分布函数包括热力学步骤和粒子碰撞步骤，并且其中所述热力学步骤基本上独立于所述粒子碰撞步骤并与其分开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.31 US 61/860,3921.一种方法，包括：
在晶格速度集合中，模拟流体体积中的粒子的运输，其中所述运输引起所述粒子之间
的碰撞；及
为所述粒子的运输生成分布函数，其中所述分布函数包括热力学步骤和粒子碰撞步
骤，并且其中所述热力学步骤基本上独立于所述粒子碰撞步骤并与其分开。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述分布函数还包括平流步骤，并且其中，通过用所
述热力学步骤增强所述平流步骤而不是用所述热力学步骤增强所述粒子碰撞步骤，所述热
力学步骤被包括在分布部分中。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述热力学步骤包括在所述运输期间所述流体体积
的温度。
4.如权利要求1所述的方法，其中生成包括：
确定用于在特定时间t在所述流体体积中的特定位置x处的碰撞的碰撞后分布函数f′i(x,t)，其中f′i(x,t)＝fi(x,t)+Ci(x,t)，其中Ci是碰撞算子，并且fi是用于碰撞之前的所述
粒子的分布函数；
从碰撞后分布函数f′i(x,t)扣除分数块gi(x,t)，以获得平流前粒子密度分布函数fi″
(x,t)＝fi′(x,t)-gi(x,t)，其中所述粒子的一部分fi′(x,t)-gi(x,t)被平流到所述流体体
积中的另一位置，其中gi(x,t)表示未被平流的粒子的分布；
模拟所述粒子的所述部分在时间t+Δt到所述流体体积中的所述另一位置的平流，所
述另一位置被表示为(x+ciΔt)，其中ci是所述粒子在碰撞前的速度向量，并且Δt是特定时
间t与另一时间点之间的间隔；
基于对所述平流的模拟，获得已平流粒子的密度分布函数其中
并且其中是在位置x处的从位置x–ci被平流的
粒子的分布；
将之前扣除的块gi(x,t)添加回密度分布函数以形成平流后密度分布函
数计算在时间t+Δt在位置x处的粒子的质量、动量和温度；
利用所计算出的温度、质量和动量确定gi(x,t+Δt)；及
将差gi(x,t+Δt)-gi(x,t)添加到移动状态fi(x,t)+Ci(x,t)。
5.如权利要求4所述的方法，其中gi是根据下式定义的：
gi=ρwi[1-P(ρ,T)ρT0];]]>其中ρ是流体密度；
其中T0是常量晶格温度；
其中P是所述流体体积中的压力；
其中T是所计算出的温度；及
其中wi是常量加权因子。
6.如权利要求4所述的方法，其中所生成的分布函数根据下式：
fi(x+ciΔt，t+Δt)＝fi(x，t)+Ci(x，t)+[gi(x+ciΔt，t+Δt)-gi(x，t)]；
其中x是所述体积内的特定位置；
其中t是特定的第一时间点；
其中i是所述集合中的晶格速度的索引号；
其中ci是所述粒子在碰撞前的速度向量；
其中Ci是碰撞算子；
其中Δt是所述第一时间点与第二时间点之间的间隔；
其中gi是热力学步骤；及
其中fi是用于在时间t在位置x处的粒子的分布函数。
7.如权利要求4所述的方法，还包括：
通过根据下式修改停止状态来使质量守恒：
f0(x,t+Δt)=f0(x,t)+C0(x,t)-Σi=1i=q[gi(x,t+Δt)-gi(x,t)].]]>8.如权利要求1所述的方法，其中所述粒子碰撞步骤包括等温平衡分布函数。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述分布函数是用于在位置x+ciΔt处并在时间t+Δt
的粒子的分布函数并且被表示为：
fi(x+ciΔt，t+Δt)＝fi(x，t)+Ci(x，t)+[gi(x+ciΔt，t)-gi(x，t)]；
其中x是所述体积内的特定位置；
其中t是特定的第一时间点；
其中i是所述集合中的晶格速度的索引号；
其中Ci是碰撞算子；
其中ci是所述粒子在碰撞前的速度向量；
其中Δt是第一时间点与第二时间点之间的间隔；
其中gi是热力学步骤；及
其中fi是用于在时间t在位置x处的粒子的分布函数。
10.如权利要求9所述的方法，其中gi是根据下式定义的：
gi=ρwi[1-P(ρ,T)ρT0];]]>其中ρ是流体密度；
其中T0是常量晶格温度；
其中P是所述流体体积中的压力；
其中T是所述流体的实际温度；及其中wi是常量加权因子。
11.如权利要求1所述的方法，其中晶格速度集合是基于晶格波尔兹曼方法的。
12.一种或多种存储指令的机器可读硬件存储设备，其中所述指令能够由一个或多个
处理设备执行，所述指令包括：
在晶格速度集合中，模拟流体体积中的粒子的运输，其中所述运输引起所述粒子之间
的碰撞；及
为所述粒子的运输生成分布函数，其中所述分布函数包括热力学步骤和粒子碰撞步
骤，并且其中所述热力学步骤基本上独立于所述粒子碰撞步骤并与其分开。
13.如权利要求12所述的一种或多种机器可读硬件存储设备，其中所述分布函数还包
括平流步骤，并且其中，通过用所述热力学步骤增强所述平流步骤而不是用所述热力学步
骤增强所述粒子碰撞步骤，所述热力学步骤被包括在分布部分中。
14.如权利要求12所述的一种或多种机器可读硬件存储设备，其中所述热力学步骤包
括在所述运输期间所述流体体积的温度。
15.如权利要求12所述的一种或多种机器可读硬件存储设备，其中生成包括：
确定用于在特定时间t在所述流体体积中的特定位置x的碰撞的碰撞后分布函数f′i(x,
t)，其中f′i(x,t)＝fi(x,t)+Ci(x,t)，其中Ci是碰撞算子，并且fi是用于碰撞之前的所述粒
子的分布函数；
从碰撞后分布函数f′i(x,t)扣除分数块gi(x,t)，以获得平流前粒子密度分布函数fi″
(x,t)＝fi′(x,t)-gi(x,t)，其中所述粒子的一部分fi′(x,t)-gi(x,t)被平流到所述流体体
积中的另一位置，其中gi(x,t)表示未被平流的粒子的分布；
模拟所述粒子的所述部分在时间t+Δt到所述流体体积中的所述另一位置的平流，所
述另一位置被表示为(x+ciΔt)，其中ci是所述粒子在碰撞前的速度向量，并且Δt是特定时
间t与另一时间点之间的间隔；
基于对所述平流的模拟，获得已平流粒子的密度分布函数其中
并且其中是在位置x处的从位置x–ci被平流的
粒子的分布；
将之前扣除的块gi(x,t)添加回密度分布函数以形成平流后密度分布函
数计算在时间t+Δt在位置x处的粒子的质量、动量和温度；
利用所计算出的温度、质量和动量确定gi(x,t+Δt)；及
将差gi(x,t+Δt)-gi(x,t)添加到移动状态fi(x,t)+Ci(x,t)。
16.如权利要求15所述的一种或多种机器可读硬件存储设备，其中gi是根据下式定义
的：
gi=ρwi[1-P(ρ,T)ρT0];]]>其中ρ是流体密度；
其中T0是常量晶格温度；
其中P是...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·乔帕拉克里斯纳恩，张绕阳，陈沪东，
申请(专利权)人：埃克萨公司，
类型：发明
国别省市：美国;US