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基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method)的CFD通用框架

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前言: 格子玻尔兹曼方法(LBM)是一种基于介观尺度动力学理论的流体模拟方法,起源于对玻尔兹曼方程的离散化。与传统计算流体力学(CFD)直接求解宏观的纳维-斯托克斯方程不同,LBM通过追踪粒子分布函数的演化来模拟流体运动,兼具微观分子动力学与宏观连续介质方法的优势,像达索的XFlow和PoweFLOW,应该算是该领域比较知名的商用软件了。

Palabos库左下角“阅读原文”直达是一个通用计算流体动力学(CFD)框架,其内核基于格子玻尔兹曼(LB) 方法,源于日内瓦大学。它既可以用作研究工具,也可以用作工程工具:它的编程界面非常简单,可以相对轻松地设置流体流动仿真。或者,如果您了解格子玻尔兹曼方法,可以使用自己的模型扩展库。Palabos 代表Parallel Lattice Boltzmann Solver

该库的原生编程接口是用C++编写的。它几乎没有外部依赖项(仅依赖于 Posix 和 MPI),因此在各种平台上都极其易于部署。此外,还提供了适用于 Python 和 Java 编程语言的编程接口,这使得快速制作原型和开发计算流体动力学应用程序变得更加容易。目前没有图形用户界面;因此,为了使应用程序运行,需要进行一定量的编程。特别是借助 Python 脚本接口,所开发的代码可以相当随意,并且在提供的示例的帮助下很容易编写出来。

Palabos的目标受众包括具有扎实的计算流体动力学背景的科学家和工程师,并且可能具有一些LB建模知识。 该软件根据开源AGPL v3许可证的条款免费提供 。它的发布是希望能促进格子玻尔兹曼建模领域的研究,并帮助研究人员专注于实际的物理问题,而不是陷入繁琐的软件开发中。此外,在Palabos中实施新的LB模型提供了一种推广新模型和在研究小组之间交换信息的简单方法。

当前版本的 Palabos 包含以下功能和组成:

物理模型:

不可压缩 Navier-Stokes 方程弱可压缩非热 Navier-Stokes 方程含体积力项的流动采用 Boussinesq 近似的热流单组分多相流(Shan/Chen 模型)多组分多相流(Shan/Chen 模型、He/Lee 模型)自由表面流(流体体积法)流体湍流的静态 Smagorinsky 模型

基础流体模型:

BGK(及其 "不可压缩" 变体)指定 MRT 模型(及其 "不可压缩" 变体)正则化 BGKLW-ACM(及其 "不可压缩" 变体)指定熵模型

直壁边界条件:

Zou/He、Inamuro、Skordos、正则化 BC、简单 平衡、反弹、周期性所有边界条件适用于含内外角的直壁,并可用于实现速度或压力的 Dirichlet 或 Neumann 条件反弹条件也用于以阶梯形状表示的曲边界

非格子边界条件:

GUO 模型及广义非格子边界条件STL 文件的自动并行体素化及非格子壁面实例化

粒子模拟:

大规模并行(在并行机上模拟数十亿粒子无压力)被动标量或相互作用粒子模拟

网格类型:

实现的网格包括 D2Q9、D3Q13、D3Q15、D3Q19 和 D3Q27域表示形式为规则矩阵或稀疏域(采用多重网格模式近似)

并行计算:

所有模型和组件均通过 MPI 实现并行化支持共享内存和分布式内存平台包括基于 MPI 并行 I/O API 实现的输入 / 输出操作
(1)多孔介质
(2)红细胞模型

日内瓦大学负责管理Palabos代码的开发。其对每一行贡献的代码都进行严格审查,确保所实现模型和算法的质量,并积极推动代码在工业和工程领域的应用。作为计算流体动力学和格子玻尔兹曼建模领域的先驱,日内瓦大学的科学与并行计算组(SPC)为Palabos内核提供了理论基础,并不断在复杂流体动力学领域开发新的模型和方法。  




来源:CAE仿真空间
RADIOSSXFlow非线性多相流多孔介质湍流通用MATLABpythonUM理论分子动力学
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首次发布时间:2025-05-14
最近编辑:1月前
CAE仿真空间
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