反馈力驱动的无穿透浸入边界-格子Boltzmann法

"基于反馈力的浸入-格子Boltzmann法" 本文探讨了一种新的流体力学数值模拟技术，即基于反馈力的浸入-格子Boltzmann法（Immersed Boundary-Lattice Boltzmann Method, IB-LBM）。这种方法结合了格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）和浸入边界法（Immersed Boundary Method, IBM）的优点，旨在更有效地处理复杂边界条件下的流体流动问题。 LBM是一种在近几十年发展起来的数值模拟方法，它基于统计物理的Boltzmann方程，通过简化模型来模拟流体的运动。LBM的核心在于其离散的速度空间和时间步进，使得它在处理复杂流动问题时具有较高的效率和并行计算能力。而IBM则是一种处理固体边界与流体相互作用的技术，它可以将固体边界直接嵌入到流体网格中，无需对流体网格进行调整。 传统的IBM-LBM方法通常利用虎克定律或直接力项法来处理固体边界产生的体积力。然而，本文提出的新方法采用了反馈定理，将流场中的速度和位移信息反馈为体积力项进行计算。这种创新之处在于，它不仅确保了固体边界无穿透的物理特性，而且减少了对流场数据的插值步骤，从而简化了计算过程，提高了计算效率。 文中通过模拟不可压缩粘性流中的固定圆柱绕流问题验证了新方法的有效性。结果与已有文献的结论一致，证明了这种方法在处理复杂边界条件时的准确性和实用性。此外，由于反馈力的引入，体积力的处理变得更加直观和简洁。 基于反馈力的IB-LBM为解决流体力学中的固液相互作用问题提供了一个新的途径。它的优势在于其物理背景清晰，实现过程简单，并且具有出色的并行计算潜力，这使得它成为解决大型复杂流动问题的理想工具。同时，这种方法对于进一步推动流体力学数值模拟技术的发展具有重要的理论价值和实际意义。