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格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是近年来发展起来的一种模拟流体流动的新的数值算法,受到了广泛的关注。
格子玻尔兹曼方法继承和发展了格子气自动机模型,应用质量守恒、动量守恒等最基本的物理规律,在保证真实流体基本特征的前提下,用简单的介观模型来模拟真实的流动现象,是一种完全不同的理论框架。与传统计算流体力学方法相比较,该方法有许多优点,例如物理图像清晰、算法简单、编程容易、边界处理方便、压力可以直接求解,通过简单的移动和碰撞运算就能模拟许多复杂的物理现象;除此之外,该方法还具有计算本地性的特点,使其非常适合于并行计算。
LBM正处于不断的发展之中,除了在一般的流体力学问题中得到成功的应用外,还在多相(元)流、化学反应扩散、渗流、粒子悬浮流、磁流体力学等相关领域也得到了比较成功的应用。近年来在基本理论、基本模型等方面都有所发展。
本文分析和总结了LBM模拟一般流体力学问题的基本原理和方法,详细叙述了LBM中常用边界的处理方法。在此基础上,本文运用LBM对浅水波中的海啸问题的形成和传播进行了研究,结果表明此模型非常适宜用来解决浅水波问题,这说明此方法具有广阔的应用范围。