Modelowanie złożonych przepływów metodą Lattice'a Boltzmanna w zastosowaniach inżynieryjnych

Oryginalny tytuł:

Lattice Boltzmann Modeling of Complex Flows for Engineering Applications

Zawartość książki:

Natura nieustannie prezentuje ogromną liczbę złożonych i wieloskalowych zjawisk, które w wielu przypadkach wiążą się z obecnością jednego lub więcej płynów przepływających, łączących się i ewoluujących wokół nas. Od momentu pojawienia się na powierzchni Ziemi, ludzkość próbowała wykorzystać i okiełznać płyny do swoich celów, prawdopodobnie zaczynając od maszyny Hero, aby otworzyć drzwi Świątyni Serapisa w Aleksandrii, aby dotrzeć do nowoczesnych systemów napędowych i siłowników. Dziś wiemy, że mechanika płynów leży u podstaw niezliczonych zastosowań naukowych i technicznych, od najmniejszych skal fizycznych (nanofluidyka, ruchliwość bakterii i przepływy dyfuzyjne w ośrodkach porowatych), po największe (od produkcji energii w elektrowniach po oceanografię i meteorologię). Pogłębienie zrozumienia zachowania płynów w różnych skalach jest niezbędne dla postępu ludzkości oraz dla bardziej zrównoważonej i wydajnej przyszłości.

Od pierwszych lat trzeciego tysiąclecia metoda Lattice Boltzmanna (LBM) odnotowuje wykładniczy wzrost zastosowań, szczególnie w dziedzinach związanych z symulacją złożonych i miękkich przepływów materii. W rzeczywistości LBM wykazała niezwykłą wszechstronność w różnych dziedzinach zastosowań, od materiałów nanoaktywnych, przepływów swobodnych powierzchni oraz przepływów wielofazowych i reaktywnych po symulację procesów wewnątrz silników i maszyn płynowych. LBM opiera się na zoptymalizowanym sformułowaniu równania kinetycznego Boltzmanna, które pozwala na symulację cząstek płynu, a raczej quasi-cząstek, z mezoskopowego punktu widzenia, umożliwiając w ten sposób włączenie bardziej fundamentalnych interakcji fizycznych w odniesieniu do standardowych schematów przyjętych w solwerach Naviera-Stokesa, opartych na założeniu ciągłości.

W niniejszej książce autorzy przedstawiają najnowsze osiągnięcia w zastosowaniu LBM do złożonych zjawisk przepływowych o znaczeniu naukowym i technicznym, ze szczególnym uwzględnieniem wieloskalowego modelowania heterogenicznej katalizy w nanoporowatych mediach oraz wielofazowych, wieloskładnikowych przepływów.