格子玻爾茲曼方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)是一種基於介觀模擬尺度的計算流體力學方法。這種方法介於微觀分子動力學模型和巨觀連續模型之間,具有以下優勢:
流體相互作用的描述簡單。
易於處理複雜邊界。
易於並行計算。
程式易於實施。
LBM的發展起源於20世紀80年代中期,是對格子氣自動機(Lattice Gas Automaton, LGA)的改進。LBM的基本原理包括三個要素:流體粒子的離散速度集合、格子結構、以及演化方程。它描述了具有離散速度的流體粒子分布函式在特定格子上的運動過程,包括碰撞和遷移兩個步驟。
與其他傳統計算流體力學方法相比,LBM能夠更自然地描述流體流動,特別是在處理複雜流動和界面現象時表現出獨特的優勢。LBM已經成功套用於多相流、多孔介質流、懸浮粒子流、反應流、磁流體力學和生物力學等多個領域。
儘管LBM已經取得了顯著進展,但它仍存在一些局限性,如對某些特定問題的模擬能力有限,以及在非均勻格線下處理相間作用力的複雜性等。因此,LBM的未來研究和發展方向可能包括改進其模型以更好地處理這些挑戰,以及擴展其套用範圍。