【物理建模专栏】DBM of Non-Equilibrium Effects

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风流知音(FLOWS:Physics & beyond)【物理建模专栏(FOCUS ON PHYSICAL MODELING)】Discrete Boltzmann Modeling of Non-Equilibrium Effects in Multiphase Flows CFDPM (2018)1001

Discrete Boltzmann Modeling of Non-Equilibrium Effects in Multiphase Flows

Aiguo Xu1,2, Guangcai Zhang1 Yudong Zhang1 Yanbiao Gan1

1. 北京应用物理与计算数学研究所

2. 北京大学应用物理与技术研究中心

作者简介：

许爱国：北京应用物理与计算数学研究所研究员；北京大学工学院**教授；中国工程物理研究院力学与工程学科物理力学专家组成员，博士生导师；南京理工大学**博士生导师；中国交叉科学学会常务理事；邓稼先创新研究中心学术委员会委员；全国统计物理与复杂系统会议学术委员会委员；中国力学大会2017学术委员会委员；第十二届全国爆炸力学会议组织委员会委员；《中国科学：物理力学天文学》“多尺度复杂系统物理建模与模拟”专辑客座编辑。1998年6月于中国工程物理研究院研究生院理论物理专业获博士学位，导师为陈式刚院士；1998年7月- 2006年4月，先后工作于北京师范大学物理系、韩国首尔大学物理系、意大利巴里大学物理系、日本京都大学物理系。目前主要研究方向为：复杂介质动态响应过程中的微细观结构与非平衡行为研究。主要建模与模拟工具包括DBM、LBM、物质点、位错动力学、分子动力学等。主持完成国家自然科学基金、中物院发展基金、国防科技重点实验室基金等课题10多项；在Soft Matter, Combustion and Flame， Physical Review等权威期刊发表论文100余篇；多次在国际会议做邀请报告或主旨报告。

摘要：

从数学形式看, DBM建模与传统流体建模的典型差异就是使用离散Boltzmann方程取代原来的Navier-Stokes(NS)方程组；但从物理建模角度看，这一取代却是有增益的：一个DBM近似等价于一个传统流体模型外加一个关于热动非平衡效应的粗粒化模型，其中的传统流体模型可以是也可以超越NS。DBM建模前两步（碰撞算符简化和粒子速度空间离散化）是基础，第三步（非平衡状态描述和非平衡效应提取）是核心。研究表明：热动非平衡极大值点和熵产生率极大值点都可作为划分相分离亚稳相分解和相畴增长两个阶段的物理判据。