格子玻爾茲曼方法及其在大氣湍流研究中的應(yīng)用

格子玻爾茲曼方法及其在大氣湍流研究中的應(yīng)用

文章的目的是對格子玻爾茲曼方法進(jìn)行系統(tǒng)的介紹,格子玻爾茲曼方法(Lattice Boltzmann Method)的出現(xiàn)直接來源于20世紀(jì)60年代的元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata)思想,而這一方法用于解決流動(dòng)現(xiàn)象時(shí),又可以追溯到19世紀(jì)的分子運(yùn)動(dòng)論,求解的是Boltzmann提出的玻爾茲曼輸運(yùn)方程,因此將這一方法稱為格子玻爾茲曼方法,之前也被稱為格子氣自動(dòng)機(jī)(Lattice Gas Automaton).該方法多用于研究復(fù)雜現(xiàn)象,如材料晶體凝聚時(shí)的生長過程、城市土地利用的演化等方面.在20世紀(jì)70年代由Hardy、Pomeau和Pazzis建立了第一個(gè)用于研究流體運(yùn)動(dòng)的格子氣自動(dòng)機(jī),此后,這一方法被廣泛用來模擬各種流動(dòng)問題,諸如二相流、孔隙介質(zhì)中的滲流等,并根據(jù)這一方法開發(fā)了相應(yīng)的商業(yè)軟件PowerFlow.同時(shí),格子玻爾茲曼方法由于其在微觀水平描述運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),成為研究湍流的一個(gè)很好的數(shù)值計(jì)算工具,特別是用其進(jìn)行直接數(shù)值模擬(DNS)計(jì)算,成為繼傳統(tǒng)的差分法、有限體積法和譜方法之后的又一有力的手段.而作為大氣運(yùn)動(dòng)的一個(gè)主要現(xiàn)象的大氣湍流,比普通湍流更加復(fù)雜,在這里著重介紹了大氣湍流的特點(diǎn)和應(yīng)用格子玻爾茲曼方法模擬湍流的發(fā)展過程.

作 者： 程雪玲 胡非 趙松年 姜金華 CHENG Xue-ling HU Fei ZHAO Song-nian JIANG Jin-hua   作者單位： 中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣邊界層物理和大氣化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,100029  刊 名： 地球科學(xué)進(jìn)展  ISTIC PKU 英文刊名： ADVANCES IN EARTH SCIENCE  年，卷(期)： 2007 22(3)  分類號： P4  關(guān)鍵詞： 格子玻爾茲曼   元胞自動(dòng)機(jī)   格子氣   直接數(shù)值模擬   大氣湍流  

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