本书是作者在其博士学位论文的基础上总结、改进、提炼而形成的学术著作，其主要研究格子玻尔兹曼汽液多相流算法上的数值稳定性问题。通过研究现存模型存在的发散现象，提出了两类器用来抑制数值不稳定性，并给出了一种新的相间黏性过渡方案；通过四阶展开辨识了高阶项对于汽液平衡态的影响，分析了其阶跃分布的特性，并给出抑制汽相密度波动的方案。在前述研究基础上，作者进一步独立提出了一种新的解耦且稳定化的格子玻尔兹曼算法，与现有算法相比明显提升了高参数下的数值稳定性，稳定复现了从低到高参数下的液滴碰撞等相关实验现象，同时也可用于高速气泡的相关应用。此算法框架作为一种界面解析的两相流直接数值模拟算法，可作为能源动力、航空航天、微尺度生物流体等领域的研究手段。
本书可供流体力学及多相流、能源化工、生物流体等领域的学者和科研人员参考。
第1章引言
1.1课题背景及意义
1.2研究现状
1.2.1LBM的发展及现况
1.2.2LBM中的多相流模型
1.2.3各界面类方法研究现状
1.3本书研究内容
第2章多松弛MRT格子玻尔兹曼模型介绍
2.1多松弛MRT-LBM的基本计算过程
2.2多松弛方法对应的宏观方程
2.3LBM中的多相流模型
2.4LBM中的单位转换
2.5本章小结
第3章LBM的不稳定性分析及器
3.1不稳定性成因及器
3.1.1概率密度分布函数的正值性
3.1.2伪势梯度在界面的一致性
3.1.3状态方程的奇异点
3.1.4体积黏性系数的稳定作用
3.1.5沿相界面变化的运动黏性
3.2数值案例稳定性验证
3.2.1静态平行相界面案例
3.2.2静态液滴案例
3.2.3液滴在薄液层上的溅射
3.3本章小结
第4章MRT的四阶力项展开分析
4.1额外项调节伪势模型的问题
4.2MRT中额外项的高阶余项分析
4.2.1三阶项与四阶项的展开
4.2.2高阶余项对数值模拟影响的分析
4.2.3MRT中离散效应的跳跃分布
4.3数值验证
4.3.1平行相界面验证
4.3.2静态液滴验证
4.3.3运动液滴验证
4.4本章小结
第5章解耦且稳定化的MRT算法
5.1本章背景
5.2解耦且稳定化的MRT算法推导过程
5.2.1解耦的MRT算法框架
5.2.2稳定化方案
5.3标准数值案例验证
5.3.1平衡态汽液共存曲线
5.3.2泰勒-格林涡流动
5.3.3剪切波流动
5.3.4稳态泊肃叶流动
5.3.5拉普拉斯定律
5.3.6小结
5.4多相流应用案例研究
5.4.1双液滴对撞案例
5.4.2液滴溅射案例
5.4.3液滴撞击固壁案例
5.4.4池式沸腾
5.5本章小结
第6章总结与展望
6.1总结
6.2创新点
6.3展望
参考文献
在学期间完成的相关学术成果
致谢
吴勇勇，男，2011年8月考入清华大学工程物理系工程物理（能源实验班）专业，2015年7月本科毕业并获得工学学士学位。2015年8月免试进入清华大学核能与新能源技术研究院攻读核科学与技术博士,热工水力研究室(107)姜胜耀课题组，导师屠基元，指导老师杨星团、桂南等。2017年12月到2019年1月，受国家留学生基金委资助，以联合培养博士生身份赴美国德克萨斯州 A&M 大学核工程系Hassan教授课题组学习。2021年7月毕业并获评清华大学优秀博士学位论文、清华大学优秀博士毕业生。博士期间主要从事格子玻尔兹曼多相流算法、高温气冷堆球床热扩散系数及热导率测量、热物性测量仪器研究开发、PIV实验测量、海水淡化等方面工作。
