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格子Boltzmann方法是一种与传统数值方法完全不同的方法。传统的数值模拟是从偏微分方程(组)(PDEs)出发,如N-S方程,然后用有限差分、有限体积、有限元或谱方法离散,再用标准的数值方法求解常微分方程组或代数方程组。这是“top-down”方法,而LGA和LBM是“bottom-up”方法,它们的出发点是一个离散的微观动力模型,通过这些模型可以构造得到所需要的宏观守恒量如密度、速度和压力。对特定的宏观方程用LBM要构造恰当的微观动力模型这非常重要,这样才能用多尺度分析从微观动力模型恢复出我们所要求解的宏观方程。由于它具有几何灵活、并行本性、易于编程、精度较高等特点,从它诞生之日起,就倍受物理学家、数学家、计算机专家和其它领域的科学家的关注。在这十几年里,它得到了充分的发展和广泛的应用。尤其在复杂边界和复杂流场的模拟中取得巨大成功,如:湍流流过复杂几何结构的流场,两种不同流体之间的Rayleigh-Traylor不稳定现象,多孔多介质流,悬浮颗粒在流场中的运动,化学反应流,燃烧模拟,磁流体,结晶过程等等。目前,对LBM的研究已从纯粹的理论试验领域迈向工程实际应用,形成了一个国际研究热点,每年不但有多个系列的专门国际会议召开,如DSFD(International Conference on the Discrete Simulation of Fluid Dynamics)和ICMMES(International Conference for Mesoscopic Method in Engineering and Science),而且已经出现了专业商用软件(美国EXA公司的PowerFlow系列)。在LBM的发展中,国内外许多专家学者作出了杰出贡献,如罗礼诗、陈十一、钱跃邯、Succi、陶文荃等及其研究小组,他们在基本概念、基本模型和理论及应用等方面作了许多研究工作。

格子Boltzmann方法正处在不断发展之中,主要有基本理论和基本模型的研究,及其在其它领域的应用。我们可以基于不同的思想提出各种不同的格子Boltzmann模型,如有限体积思想,level-set思想,隐式LBM及用多重网格方法,投影方法的LBM等等。从而使格子Boltzmann方法成为计算流体动力学的高效的数值工具。另外如Lallemand和Luo研究了多松弛模型渺,从矩空间出发构造了新的格子Boltzmann方程,并系统研究了模型的一般理论,如色散、耗散、各向同性性和Gallilean不变性等。格子Boltzmann方法在应用方面的研究也非常活跃,它目前的应用研究已经涉及到生物流体、交通流、微尺度流、量子力学、纳米流体以及光学、声学等众多领域,并且这种向其它领域渗透的趋势越来越快。





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