Lattice Boltzmann Methods for Real Time Simulations of Complex Physics

用于复杂物理实时模拟的格子玻尔兹曼方法

基本信息

  • 批准号:
    239739-2012
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2012-01-01 至 2013-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Complex physics and multi-phase flows with/without heat and mass transfer can be encountered in many industrial, biological, environmental, and geophysical processes; for instance, blood flow in deformable channels. The blood consists of red and white blood cells and platelets. These immiscible particles are deformable and float in a plasma which flows in elastic channels, adding further complexity to the problem. In industry, most flows are turbulent and usually associated with multi-physics. Examples are the transport of bubbles and droplets in water and oil separation processes. Understanding the physics and the effect of the varying parameters underlying such problems are of vital interest to industry and academia. Recently, there has been a growing interest in applying the Lattice Boltzmann method (LBM) to discrete mechanics which has emerged as a powerful technique to tackle such physical problems. The LBM is easy to code, and enjoys the flexibility of allowing the inclusion of multi-physics to solve the problems at hand, adding an array of further possible applications. However, the method is relatively new, much room remains for expanding it especially in the realm of multi-physics. The turbulent flow model based on the LBM is also in great need of further exploration, as are multi-scale problems. The main objectives of this proposal are: to understand the physics of complex flows with deformable boundaries for laminar and turbulent flows with heat and mass transfer, and to develop mathematical models for such systems using discrete method based on the LBM. The developed models will be applied to specific problems. Also, the model will take advantage of the local nature of LBM to utilize multi-processor graphic card to speed real time simulations. The long term objective is to develop a unified platform to model fluid flow and solid interaction for a wide range of the controlling parameters. Moreover, lab scale experiments will be performed to validate the developed models. The experiments and flow visualizations will add to reinforce our understanding of the physics of the problem. The project will train several graduate students for solving multi-disciplinary, challenging industrial/biological problems.
在许多工业、生物、环境和地球物理过程中,可能会遇到复杂的物理和多相流(有/无传热和传质);例如,可变形通道中的血液流动。血液由红细胞、白色细胞和血小板组成。这些不混溶的颗粒是可变形的,并且漂浮在弹性通道中流动的等离子体中,这进一步增加了问题的复杂性。在工业中,大多数流动是湍流的,通常与多物理场有关。例如,水和油分离过程中气泡和液滴的输送。了解这些问题背后的物理和变化参数的影响对工业界和学术界至关重要。近年来,人们对将格子玻尔兹曼方法(LBM)应用于离散力学的兴趣越来越大,它已成为解决此类物理问题的一种强有力的技术。LBM易于编码,并且具有允许包含多物理场来解决手头问题的灵活性,增加了一系列进一步的可能应用。然而,该方法相对较新,特别是在多物理场领域,还有很大的扩展空间。基于LBM的湍流模型和多尺度问题同样需要进一步研究。该提案的主要目标是:了解复杂的流动与可变形边界的层流和湍流的传热和传质的物理,并开发这样的系统使用离散方法的基础上LBM的数学模型。开发的模型将被应用到具体的问题。此外,该模型将利用LBM的本地性质,利用多处理器图形卡,以加快真实的时间模拟。长期目标是开发一个统一的平台,以模拟流体流动和固体相互作用的控制参数范围很广。 此外,实验室规模的实验将进行验证开发的模型。实验和流动可视化将有助于加强我们对问题物理学的理解。该项目将培养几名研究生解决多学科,具有挑战性的工业/生物问题。

项目成果

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