本書結合作者的部分研究成果，以及在相關科研實踐中的體會和積累的經驗，系統地介紹了格子BOltzmann方法的基本概念、模型推導、邊界處理、格線劃分、數值實施以及發展現狀等，並配以具體算例及程式代碼，以幫助讀者快速掌握。本書適用於高等院校和科研單位的研究生、工程技術人員和研究人員，可作為能源、機械、數學、物理及生物工程等大類專業的計算流體力學與計算傳熱學課程的教材或參考用書。
基本介紹
目錄,附錄,前言,
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 計算流體力學與計算傳熱學
1.2 格子：Boltzmann方法的發展
1.2.1 孕育
1.2.2 萌芽與成長
1.2.3 相關研究的綜述與專著情況
1.2.4 格子Boltzmann方法的套用
1.3 本書目的和內容
1.3.1 本書目的
1.3.2 本書內容
參考文獻
第2章 流體力學的基本方程
2.1 連續介質假設
2.2 雷諾輸運方程
2.3 連續方程
2.4 動量方程
2.4.1 牛頓流體的本構方程
2.4.2 Naviet—Stokes方程
2.5 能量方程
2.5.1 總能方程
2.5.2 內能方程
2.6 小結
參考文獻
第3章 格子Boltzmann方法的基礎理論和基本模型 3.1 Boltzmanrl方程
3.2 Boltzmann H定理及Maxwell分布
3.2.1 H定理
3.2.2 Maxwell分布
3.3 Maxwell輸運方程及巨觀量守恆方程組
3.4 從Boltzrnann方程到格子Boltzmann方程
3.4.1 BGK近似
3.4.2 格子130ltzmarm方程
3.5 格子Boltzmann方法的基本模型
3.5.1 D2Q9模型平衡態分布函式的確定
3.5.2 Chapman—Enskog展開及基本模型的巨觀方程
3.6 小結
參考文獻
第4章 不可壓格子Boltzmann模型
4.1 不可壓等溫格子Boltzmann模型
4.1.1 定常不可壓模型
4.1.2 He-Luo模型及D2G9模型
4.2 不可壓熱格子Boltzmann模型
4.2.1 被動標量模型
4.2.2 內能分布函式模型
4.2.3 基於BOLlssinesq假設的耦合雙分布函式模型
4.2.4 總能分布函式模型
4.3 小結
參考文獻第5章 可壓縮完全氣體流動的格子Boltzmanll模型 5.1 多速度模型
5.1.1 Qian及Alexander的先驅工作
5.1.2 Chen-Ohashi模型
5.1.3 Watar-Tsutahara模型
5.2 比熱容比可調模型
5.2.1 多能級模型
5.2.2 Sun模型、Shi模型及Kataoka—Tsutahal—a模型
5.2.3 Qu—Shu模型
5.3 耦合的雙分布函式模型
5.3.1 基本理論
5.3.2 二維模型
5.3.3 三維模型
5.4 小結
參考文獻
第6章 格子Boltzmann方法的邊界處理
6.1 啟發式格式
6.1.1 周期性邊界處理格式
6.1.2 對稱邊界處理格式
6.1.3 充分發展邊界處理格式
6.1.4 反彈格式
6.1.5 鏡面反射格式
6.1.6 反彈與鏡面反射混合格式
6.2 動力學格式
6.2.1 Nobel格式
6.2.2 非平衡態反彈格式
6.2.3 反滑移格式
6.2.4 質量修正格式
6.3 外推格式
6.3.1 Chen格式
6.3.2 非平衡態外推格式
6.4 複雜邊界處理格式
6.4.1 Filippova與Hanel格式及其改進形式
6.4.2 Bouzidi格式
6.4.3 Lallemand與Luo格式
6.4.4 Guo格式
6.5 小結
參考文獻
第7章 格子Boltzmalm方法的格線技術
7.1 標準格子Boltzmann方法
7.2 插值格子Boltzmann方法
7.2.1 直角坐標系下的插值
7.2.2 曲線坐標系下的插值
7.3 泰勒展開和最小二乘格子Boltzmann方法
7.3.1 泰勒級數展開
7.3.2 最小二乘法最佳化
7.3.3 討論
7.4 有限差分格子Boltzmann方法
7.4.1 時間離散
7.4.2 空間離散
7.4.3 討論
7.5 有限容積格子Boltzmann方法
7.5.1 結構化格線
7.5.2 非結構化格線
7.6 有限元格子Boltzmann方法
7.7 多塊格線
7.8 多重格線
7.9 小結
參考文獻
第8章 格子Boltzmann方法的套用舉例
8.1 封閉方腔自然對流
8.1.1 物理模型
8.1.2 模擬結果及分析
8.2 Rayleigh—Benard自然對流
8.2.1 物理模型
8.2.2 模擬結果及分析
8.3 交變流動與換熱
8.3.1 物理模型
8.3.2 模擬結果及分析
8.4 激波模擬
8.4.1 Riemann問題描述
8.4.2 Riemann問題的物理模型及模擬結果
8.4.3 雙馬赫反射問題的物理模型與模擬結果
8.5 聲波衰減模擬
8.5.1 物理模型
8.5.2 模擬結果及分析
8.6 諧振腔模擬
8.6.1 物理模型
8.6.2 模擬結果與分析
8.7 小結
參考文獻
附錄
附錄A 笛卡兒張量的基本知識
A.1 標量、矢量與張量
A.2 張量的表示法及愛因斯坦求和約定
A.3 克羅內克符號和置換符號
A.4 對稱張量與反對稱張量
A.5 二階張量的代數運算
A.6 張量的微分和積分運算
附錄B 格子張量
B 1 正多邊形格子張量的性質及基本粒子速度模型
B 2 常用離散速度模型及其張量計算
附錄C 單位轉換
C.1 參考量與單位轉換
C.2 舉例
附錄D 頂蓋驅動流的格子Boltzmann模擬
D.1 物理模型
D.2 程式變數表及源程式
D.3 數值結果
附錄E 三維耦合雙分布函式模型的平衡態密度分布函式
附錄F 格子Boltzmann方法相關網路資源
F.1 國內外部分研究團體/個人
F.2 商業軟體與免費程式代碼
F.3 國際會議
F.4 相關論壇
附錄G 主題索引
參考文獻
前言
在我的案頭上放著一卷由何雅玲教授負責編著的《格子Boltzrrlann方法的理論及套用》的書稿，這就使我不禁想起：十年前，冒著冬日的嚴寒，筆者和雅玲教授為了一篇我國學者關於格子氣研究的較早的文獻遍訪某大城市而一無所獲的情形。
我們的研究團隊，在十餘年前開始接觸到關於格子氣以及格子Boltzmann方法在流動與換熱中套用的文獻，從一開始我們就被這種方法的獨特優點所吸引：從微觀的動力學觀點出發而可以獲得巨觀的流場與溫度場的參數。
