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研究2018-06-29T10:34:29+08:00

离散统一气体动理学格式

离散统一气体动理学格式(Discrete Unified Gas Kinetic Scheme, DUGKS)是一类新的动理学模型方程求解方法。对于气体流动,它求解BGK类型的模型Boltzmann方程,可以模拟从连续到稀薄的整个Kn数区间的流动,并且网格单元尺寸和时间步长大小不受限于分子平均自由程和平均碰撞时间。在模拟连续流动时可以作为一直格子Boltzmann方法(LBM)的有限体积格式。作为一种确定性的求解动理学方程的方法,相比蒙特卡洛直接数值DSMC,尤其适合于低速问题模拟。目前DUGKS已被扩展至其他领域的动理学方程,如声子输运Boltzmann方程。

多孔介质流动模拟

多孔介质是由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集的微小孔隙所构成的物质。多孔介质内的流体主要以渗流方式运动,研究多孔介质内渗流过程在石油工程(如油藏),环境工程(如土壤)等领域有重要意义。本课题组在孔隙尺度和Rev尺度进行了大量研究工作,成功预测了多孔介质渗透率及相渗曲线。

CO2提高油气采收率的微观机理

随着常规油气资源勘探难度的增加,煤层气、页岩气、页岩油等非常规油气资源在能源结构中的地位越来越重要。认识和了解岩层孔隙中油气和二氧化碳的吸附特征及流动,对于非常规油气资源的评价和开发有着十分重要的意义。 本研究使用开源软件GROMACS对纳米尺度下的岩石孔隙结构(干酪根、石英、方解石等)及油气分子(甲烷、链烃、环烷烃等)模型进行建模并求解。了解在油气分子与二氧化碳分子与岩石表面的相互作用,观察油气分子的吸附、解吸附过程,解释其微观机理。对界面张力、扩散系数等物理量进行定量分析,探索其随温度、压力等参数的变化规律,并为介观尺度的模拟提供真实可高的边界条件。

多相流数值模拟

多相流在日常生活中广泛存在的现象,在工程和科研工作中有重要应用。比如石油工程,医疗生物,化学化工,微流体,燃料电池,多孔介质等等。相对于传统CFD方法,基于介观方法研究多相流问题,主要有以下两大优势,一是处理复杂固体边界简单,如反弹格式;二是容易并行计算。通过介观数值方法,我们致力于解决实际工程或实验中遇到的难题,探索物理现象的本质。

颗粒两相流数值研究

颗粒两相流广泛存在于自然界和工程应用中。格子Boltzmann方法由于其粒子属性,易于处理颗粒-流体相互作用,因此,适合于颗粒两相流的研究。采用全解析的格子Boltzmann方法,颗粒-流体相互作用通过颗粒表面的边界条件实现,而流体对颗粒的作用力通过动量交换方法计算。而且,对于多物理场相互作用,如流场、温度场和浓度场,采用格子Boltzmann方法是十分方便的。

隐式动理学格式(implicit kinetic scheme)研究

直接数值离散求解玻尔兹曼方程在多尺度输运模拟中是一种常见的方法。考虑到分布函数跟相空间、物理空间有关,因此直接数值离散求解会产生巨大的内存需求,对于一般的实验室集群配置很难满足实际计算需求。隐式动理学格式(implicit kinetic scheme)在常规的隐式离散坐标法(implicit DOM)的基础上引入了省内存技术(memory reduce technique),从而实现了在保证数值精度的前提下只存储宏观物理量而不存储分布函数。该方法已在气体流动、多尺度声子输运中成功实现并应用。

(统一的)气体动理学格式((unified)gas kinetic scheme)

(统一的)气体动理学格式((unified)gas kinetic scheme) 是一种适用于超高声速流动的全新的方法。GKS,作为一种有限体积方法,非常适用于高超声速流动。UGKS,可以称得上是一种更完善的GKS方法,区别于GKS,他不仅仅局限于常规的连续流动,在(跨尺度稀薄)空气动力学中也具有很好的应用价值。基于UGKS,已经在大规模稀薄超高流动中,比如航空航天、航天器再入、高超等等应用中,取得了很大的成功。移动网格、速度空间自适应等技术也在GKS、UGKS上进行了一定程度的发展。