본 연구에서는 연속체 이론을 배경으로 하며 일반적으로 많이 사용되는 Navire-Stokes방정식이 아닌 입자의 확률분포를 배경으로 하는 Boltzmann 방정식을 이용하여 자유수면을 포함하는 유동을 해석하는 전산시뮬레이션 코드를 개발하였다. 댐 붕괴시뮬레이션에 적용하여 코드의 검증을 수행하였으며, 기존의 실험 및 계산결과와 비교함과 동시에 격자볼츠만 시뮬레이션의 특성을 분석하였다. 공학적 응용을 위해서 임의 형상의 물체가 존재시에 자유수면 시뮬레이션도 수행하였다.
LBM은 분자 운동을 직접 모사하지 않고 통계 역학적 원리에 기초하여 주어진 격자 구조 아래서 입자들의 단순 이동, 충돌 과정의 반복에 의해 유동을 모사하는 방법이다. 이미 다양한 열유동 현상들에 대한 응용 결과가 발표되었으며 병렬화, 단순한 프로그래밍 등의 장점으로 인해 앞으로 연소, 다상 유동, micro/nano 스케일 유동 등의 해석에 많은 가능성을 지니고 있다. 아직 국내에서는 이에 대한 소개가 제대로 이루어지지 못해 관련 분야의 연구자들이 충분한 관심을 갖고 있지 않은 것으로 생각되어 본 논문에서 LBM 방법에 대한 개략적인 소개를 시도하였다.
본 연구에서는 2차원 비압축성 유체 유동을 해석하기 위하여 격자 세밀화 모델을 적용한 격자볼츠만 방법(LBM)을 수치적으로 연구하였다. 일반적으로 유동해석에서 충분한 정확도를 얻기 위해서는 관심 있는 영역에서 격자가 세밀하게 구성되어야 한다. 그래서 본 연구에서는 유동함수-와도 공식을 적용한 LBM에 격자 세밀화 모델을 적용하여 유동해석을 수행하였다. 공동형상 유동에서의 기존의 신뢰성 있는 유동장 결과와의 비교를 통해 본 연구의 격자 세밀화 모델을 적용한 격자볼츠만 방법의 신뢰성과 유용성을 검토하였다.
A comparative analysis of thermal models in the lattice Boltzmann method(LBM) for the simulation of laminar natural convection in a square cavity is presented. A HYBRID method, in which the thermal equation is solved by the Navier-Stokes equation method while the mass and momentum conservation are resolved by the lattice Boltzmann method, is introduced and its merits are explained. All the governing equations are discretized on a cell-centered, non-uniform grid using the finite-volume method. The convection terms are treated by a second-order central-difference scheme with a deferred correction method to ensure stability of the solutions. The HYBRID method and the double-population method are applied to the simulation of natural convection in a square cavity and the predicted results are compared with the benchmark solutions given in the literatures. The predicted results are also compared with those by the conventional Navier-Stokes equation method. In general, the present HYBRID method is as accurate as the Navier-Stokes equation method and the double-population method. The HYBRID method shows better convergence and stability than the double-population method. These observations indicate that this HYBRID method is an efficient and economic method for the simulation of incompressible fluid flow and heat transfer problem with the LBM.
한국지구물리탐사학회 2003년도 Proceedings of the international symposium on the fusion technology
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pp.661-668
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2003
This paper presents Lattice-Boltzmann simulation techniques for single-phase and two-phase fluid flow in porous media. Numerical experiments were performed in a digital rock sample from X-ray microtomography. Computed results showed very good agreement with laboratory measurements of permeability and relative permeability. Two applications using these simulation techniques show the potential of the Lattice-Boltzmann flow simulation to solve many difficult problems coupled with fluid flow in porous media.
Surface roughness is present in most of the microfluidic devices due to the microfabrication techniques. This paper presents lattice Boltzmann method (LBM) results for laminar flow in a microchannel with surface roughness. The surface roughness is modeled by an array of rectangular modules placed on top and bottom side of a parallel-plate channel. In this study, LBGK D2Q9 code in lattice Boltzmann Method is used to simulate flow field for low Reynolds number in a micro-channel. The effects of relative surface roughness, roughness distribution, roughness size and the results are presented in the form of the product of friction factor and Reynolds number. Finally, a significant increase in Poiseuille number is detected as the surface roughness is considered, while the effect of roughness on the microflow field depends on the surface roughness.
This study introduced a lattice Boltzmann computational scheme capable of modeling thermo hydrodynamic flows with simpler equilibrium particle distribution function compared with other models. The equilibrium particle distribution function is the local Maxwelian equilibrium function in this model, with all the constants uniquely determined. The characteristics of the proposed model is verified by calculation of the sound speeds, and the shock tube problem. In the lattice Boltzmann method, a thermal fluid or compressible fluid model simulates the reflection of a weak shock wave colliding with a sharp wedge having various angles $\theta$$\sub$w/. Theoretical results using LBM are satisfactory compared with the experimental result or the TVD.
This study describes a simulation of two-dimensional bubble forming and motion by the Lattice Boltzmann Method with the phase field equation. The free energy model is used to treat the interfacial force and deformation of binary fluids system, drawn into a T-junction the micro channel. A numerical simulation of a binary flow in a cross-junction channel is carried out by using the parallel computation method. The aim in this investigation is to examine the applicability of LBM to numerical analysis of binary fluid separation and motion in the micro channel.
In this paper we present an algorithm about how to simulate two dimensional dam breaking with lattice Boltzmann method (LBM). LBM considers a typical volume element of fluid to be composed of a collection of particles that represented by a particle velocity distribution function for each fluid component at each grid point. We use the modified Lattice Boltzmann Method for incompressible fluid. This paper will represent detailed information on single phase flow which considers only the water instead of both air and water. Interface treatment and conservation of mass are the most important things in simulating free surface where the Interface is treated by mass exchange with the water region. We consider the surface tension on the interface and also bounce back boundary condition for the treatment of solid obstacles. We will compare the results of the simulation with some methods and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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