A new bounce back boundary method of the second order in error is proposed for the lattice Boltzmann fluid simulation. This new method can be used for the arbitrarily irregular lattice geometry of a non-slip boundary. The traditional bounce back boundary condition for the lattice Boltzmann simulation is of the first order in error. Since the lattice Boltzmann method is the second order scheme by itself, a boundary technique of the second order has been desired to replace the first order bounce back method. This study shows that, contrary to the common belief that the bounce back boundary condition is unilaterally of the first order, the second order bounce back boundary condition can be realized. This study also shows that there exists a generalized bounce back technique that can be characterized by a single interpolation parameter. The second order bounce back method can be obtained by proper selection of this parameter in accordance with the detailed lattice geometry of the boundary. For an illustrative purpose, the transient Couette and the plane Poiseuille flows are solved by the lattice Boltzmann simulation with various boundary conditions. The results show that the generalized bounce back method yields the second order behavior in the error of the solution, provided that the interpolation parameter is properly selected. Coupled with its intuitive nature and the ease of implementation, the bounce back method can be as good as any second order boundary method.
Lattice Boltzmann method is a new numerical method of investigating the fluid flow which have been solved by Navier-Stokes equation recently. It is known that making the single and parallel algorithms of the Lattice Boltzmann equation is easier than those of Navier-Stokes equations. Also, we can simulate the two phase flow using either the 'Interaction Potential model ' introduced by Shan and Chen. In this paper, we first compared the 3D cavity results of Lattice Boltzmann method with other numerical results for validation and showed the 3D phase transition and its simple application by using the ' Interaction Potential model'
The finite element based lattice Boltzmann method (FELBM) has been developed to model complex fluid domain shapes, which is essential for studying fluid-structure interaction problems in commercial nuclear power systems, for example. The present study addresses a new finite element formulation of the lattice Boltzmann equation using a general weighted residual technique. Among the weighted residual formulations, the collocation method, Galerkin method, and method of moments are used for finite element based Lattice Boltzmann solutions. Different finite element geometries, such as triangular, quadrilateral, and general six-sided solids, were used in this work. Some examples using the FELBM are studied. The results were compared with both analytical and computational fluid dynamics solutions.
Computer simulation of multiphase flows has grown dramatically in the last two decades. In this work, we have studied the flow characteristics of immiscible two fluids in a 2-D micro channel driven by pressure gradient using multi-phase lattice Boltzmann method suggested by Shan and Chen(1993) considering the fluid-surface interaction. we tried to examine the effects of parameters related to the two phase flow characteristics and pressure drop in the micro channel like contact angle and channel configuration by changing their value. The results of current study could show the lattice Boltzmann method can simulate the behaviors of two phase flow in the region of micro fluidics well.
기체-액체 이상유동의 거동 시뮬레이션을 위해 Lattice Boltzmann방법(LBM)을 이용하였다. 기체-액체사이의 경계면에서 상호포텐셜 모델인 Shen-Chan방식과 Carnahan-Starling 상태방정식을 도입하였다. 또한 외력항의 처리는 Exact Difference Method를 사용하였다. 개발된 코드를 통하여 상태방정식 특성파악, 기체-액체의 상분리, 표면장력 및 기체 액체 경계면 거동 특성, Homogeneous와 Heterogeneous 캐비테이션, 기포 붕괴등의 시뮬레이션을 수행하였다.
This paper deals with the evaluation of several boundary conditions which are commonly used in the lattice Boltzmann equation method. 2-D channel flow(Poiseuille flow) and lid-driven cavity flow was selected as a test problem of this study, because there exist an analytic solution and previous study which could be used for a benchmarking test. It was found that lattice Boltzmann method still needs more considerations of stability and physical consistency, though it could predict the flow patterns both qualitatively and quantitatively.
다상유동의 상분리 시뮬레이션 기법으로 Lattice-Boltzmann방법(LBM)을 이용하였다. 기체와 액체상사이의 경계면에서 마이크로한 상호교환을 LBM의 등가함수에서 취급하고 있으며, Van-der-Walls의 free energy를 도입하였다. 표면에너지에 따라 상경계면의 기울기의 변화, 온도에 따른 상분리 특성등을 조사하고, 일정 온도상에서 기체와 액체의 상분리 시뮬레이션을 수행하였다.
This paper deals with the evaluation of several boundary conditions which are commonly used in the lattice Boltzmann equation method. 2-D channel flow(poiseui1le flow) and lid-driven cavity flow was selected as a test problem of this study, because there exist an analytic solution and previous study which could be used for a benchmarking test. It was found that lattice Boltzmann method still needs more considerations of stability and physical consistency, though it could predict the flow patterns both qualitatively and quantitatively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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