《淺水流的格子Boltzmann模擬方法及其改進研究》是依託北京師範大學，由劉海飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：淺水流的格子Boltzmann模擬方法及其改進研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：劉海飛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鑒於二維淺水流在水利，環境和生態領域中廣泛存在，開發一種高效可靠的數值方法求解淺水方程和對流擴散方程對研究水體流動機理和工程實踐都具有重要意義。本項目的研究是基於現代計算流體力學方法- - 格子Boltzmann方法，從微觀到巨觀的角度求解二維淺水方程；將格子Boltzmann方法中的多鬆弛因子技術和大渦模擬技術相耦合，達到提高穩定性的目的；在多格線模組技術的基礎上，開發動態格線模組技術，即動態格線模組跟隨目標變數的特點隨著時間和位置的變化而運動，使目標變數一直保持高精度求解。該研究既可以保持格子Boltzmann方法固有的靈活性，又提高了模型效率和準確性，這在國際淺水流領域尚屬首次開發套用。本項目在理論上有助於完善格子Boltzmann方法，改進和最佳化淺水流數值模型，在實踐上可為工程設計和管理提供科學依據。
結題摘要
二維淺水流問題在水利，環境和生態領域中非常普遍，如河流，湖泊和近海等，其水體的平面尺度遠遠大於它的垂向尺度。國內外對這類問題一直比較重視，目前對淺水問題比較流行的數值方法多為基於水體守恆方程離散化的傳統求解方法，如有限差分法和有限體積法等。本項目基於現代計算流體力學方法——格子Boltzmann方法，從微觀到巨觀的角度求解二維淺水方程，並對模型相關問題進行了深入探討。針對格子Boltzmann方法和二維淺水流模擬，對計算域出入口邊界條件的改進，使邊界條件更加靈活，增加適用性；將格子Boltzmann方法中的多鬆弛因子技術和大渦模擬技術相耦合，達到模擬大雷諾數淺水問題時提高穩定性的目的；在多格線模組技術的基礎上，開發動態格線模組技術，即格線模組跟隨目標變數的特點隨著時間和位置的變化而運動，使目標變數一直保持高精度求解；基於淺水方程的格子Boltzmann數值理論，提出一種全新的可以考慮外力影響的乾濕邊界處理方法，並進行了模擬和驗證；運用格子Boltzmann方法建立了水流與污染物輸移擴散耦合模型並將模型套用於白洋淀水環境模擬。這些研究既可以保持格子Boltzmann方法固有的靈活性，又提高了模型效率和準確性。本項目在理論上有助於完善格子Boltzmann方法，改進和最佳化淺水流數值模型，在實踐上可為工程設計和管理提供科學依據。
