使用LBM方法编写一个相变熔化的Fortran程序代码

您好！很高兴为您提供帮助。下面是一个使用Lattice Boltzmann方法编写的Fortran程序代码，用于模拟相变熔化过程：

program lbm_phase_change
  implicit none

  ! 参数定义
  integer, parameter :: nx = 100     ! 模拟区域的x方向格点数
  integer, parameter :: ny = 100     ! 模拟区域的y方向格点数
  real, parameter :: dx = 1.0        ! 格点间距
  real, parameter :: dt = 1.0        ! 时间步长
  real, parameter :: tau = 1.0       ! 松弛时间
  integer, parameter :: num_steps = 1000 ! 模拟步数

  ! 定义变量
  real, dimension(nx, ny) :: f, f_eq, f_new ! 分布函数和平衡函数
  real, dimension(nx, ny) :: rho, u_x, u_y ! 密度和速度
  real, dimension(nx, ny) :: phase       ! 相变标志
  integer :: i, j, step

  ! 初始化
  f = 0.0
  rho = 1.0
  u_x = 0.0
  u_y = 0.0
  phase = 0.0

  ! 开始模拟
  do step = 1, num_steps

    ! 碰撞步骤
    do i = 1, nx
      do j = 1, ny
        f_eq(i, j) = equilibrium_distribution(rho(i, j), u_x(i, j), u_y(i, j))
        f_new(i, j) = f(i, j) - (f(i, j) - f_eq(i, j)) / tau
      end do
    end do

    ! 平流步骤
    do i = 2, nx-1
      do j = 2, ny-1
        if (phase(i, j) == 0.0) then
          f_new(i, j) = f_new(i-1, j)
        else
          f_new(i, j) = f_new(i+1, j)
        end if
      end do
    end do

    ! 更新分布函数和宏观量
    f = f_new
    call update_macroscopic_variables(f, rho, u_x, u_y)

  end do

contains

  ! 计算平衡分布函数
  function equilibrium_distribution(rho_val, u_x_val, u_y_val) result(f_eq_val)
    real, intent(in) :: rho_val, u_x_val, u_y_val
    real :: f_eq_val

    f_eq_val = rho_val / 9.0 * (4.0 - 2.0 * sqrt(2.0)) &
               + rho_val / 36.0 * (4.0 * sqrt(2.0) - 1.0) * (u_x_val**2 + u_y_val**2)

  end function equilibrium_distribution

  ! 更新宏观量
  subroutine update_macroscopic_variables(f_val, rho_val, u_x_val, u_y_val)
    real, intent(in) :: f_val(nx, ny)
    real, intent(out) :: rho_val(nx, ny), u_x_val(nx, ny), u_y_val(nx, ny)
    real :: sum_f
    integer :: i, j

    do i = 1, nx
      do j = 1, ny
        sum_f = sum(f_val(i, j, :))
        rho_val(i, j) = sum_f
        u_x_val(i, j) = (f_val(i+1, j, 2) + f_val(i+1, j-1, 3) + f_val(i, j-1, 4) &
                         - f_val(i-1, j, 5) - f_val(i-1, j+1, 6) - f_val(i, j+1, 7)) / rho_val(i, j)
        u_y_val(i, j) = (f_val(i, j+1, 7) + f_val(i+1, j+1, 8) + f_val(i+1, j, 1) &
                         - f_val(i-1, j, 5) - f_val(i-1, j-1, 4) - f_val(i, j-1, 3)) / rho_val(i, j)
      end do
    end do

  end subroutine update_macroscopic_variables

end program lbm_phase_change

请注意，这只是一个简单的示例代码，可能需要根据您的具体需求进行修改和扩展。希望对您有所帮助！如果您有任何其他问题，请随时提问。