格子Boltzmann方法在不可压流体流动模拟中的研究

"郭照立的博士论文主要探讨了模拟不可压流体流动的格子Boltzmann方法，这是他在华中理工大学攻读计算机软件与理论博士学位时的研究成果，由王能超和施保昌教授指导。" 格子Boltzmann方法（LBM）是一种新兴的流体动力学数值模拟技术，它不同于传统的基于宏观连续方程的计算流体力学（CFD）方法。LBM基于流体的微观模型和统计力学的Boltzmann方程，以更微观的角度来处理流体流动问题。这种方法具有计算效率高、处理边界条件简便、天然并行性强等优点，因此在多相流、多孔介质流、悬浮颗粒流、反应流、磁流体力学和生物力学等领域得到了广泛应用。 然而，LBM也存在一些限制。在标准的LBM模型中，不可压缩性不强，可能导致模拟结果出现可压缩效应的误差。此外，LBM通常依赖于均匀网格，这对处理非均匀结构或复杂几何形状的流体问题时会带来挑战，影响模拟的精度。郭照立的论文针对这些问题进行了深入研究。 为了消除可压缩效应，郭照立提出了一种新的分布函数和平衡态分布函数，构建了一个专门用于模拟不可压流体流动的格子Boltzmann模型。通过多尺度展开分析，该模型能够导出不可压Navier-Stokes方程，确保了对不可压流体流动的准确模拟。这一改进使得模型在处理不可压流动问题时，能够避免一般LB模型中出现的压缩性误差。 此外，郭照立的论文还涉及了热流动模型、非均匀网格模型以及LBM的边界处理方法的研究。这些方面的探索旨在进一步优化LBM，使其能更好地适应复杂的计算环境，提高流体运动的计算机仿真模拟的精确度和效率。通过这些方法的创新，郭照立的工作为高性能计算中的流体动力学模拟提供了更高效和准确的计算工具。