Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2509.01099

帮助 | 高级搜索

物理学 > 流体动力学

arXiv:2509.01099 (physics)
[提交于 2025年9月1日 ]

标题: 基于非均匀网格的热对流插值补充格子玻尔兹曼模拟

标题: Interpolation-supplemented lattice Boltzmann simulation of thermal convection on non-uniform meshes

Authors:Ao Xu, Zheng Zhao, Ben-Rui Xu, Li-Sheng Jiang
摘要: 我们对一种插值补充格子玻尔兹曼方法(ISLBM)进行了系统评估,用于在非均匀网格上模拟浮力驱动的热对流。ISLBM通过在传输步骤中引入二次插值,扩展了标准格子玻尔兹曼框架,使得在保持算法简单性和并行可扩展性的同时,能够在固体边界附近灵活地进行网格细化。该方法应用于高雷诺数的二维侧加热腔体$10^6 \leq Ra \leq 10^8$,以及三维侧加热腔体$10^5 \leq Ra \leq 10^7$,普朗特数固定为$Pr=0.71$。基准结果表明,ISLBM能够准确捕捉温度和速度边界层,得到的努塞尔数和雷诺数与高保真参考数据高度一致。网格收敛研究表明,全局量接近三阶精度,局部场约为二阶精度。我们进一步将自研的LBM求解器与两个开源求解器进行了计算性能对比:基于谱元法的Nek5000和基于有限体积法的OpenFOAM。性能指标,包括每秒百万次格子更新(MLUPS)和无量纲时间单位的时钟时间(WCTpDT),表明ISLBM在大规模模拟中效率高出一到三个数量级。在GPU架构上,ISLBM保持了较高的计算性能:非均匀网格的吞吐量在MLUPS方面达到均匀网格的60%-70%,而WCTpDT的成本大约是其三倍。这些结果突显了基于插值的LBM方法在非均匀网格上高保真热对流模拟中的潜力,为未来扩展至湍流提供了坚实的基础。
摘要: We present a systematic evaluation of an interpolation-supplemented lattice Boltzmann method (ISLBM) for simulating buoyancy-driven thermal convection on non-uniform meshes. The ISLBM extends the standard lattice Boltzmann framework by incorporating quadratic interpolation during the streaming step, enabling flexible mesh refinement near solid boundaries while maintaining algorithmic simplicity and parallel scalability. The method is implemented for a two-dimensional side-heated cavity at high Rayleigh numbers $10^6 \leq Ra \leq 10^8$, and for a three-dimensional side-heated cavity at $10^5 \leq Ra \leq 10^7$, with the Prandtl number fixed at $Pr=0.71$. Benchmark results show that the ISLBM accurately captures thermal and velocity boundary layers, yielding Nusselt and Reynolds numbers in close agreement with high-fidelity reference data. Grid-convergence studies demonstrate nearly third-order accuracy for global quantities and about second-order for local fields. We further assess the computational performance of the in-house LBM solver against two open-source solvers: Nek5000 based on the spectral element method, and OpenFOAM based on the finite volume method. Performance metrics, including million lattice updates per second (MLUPS) and wall-clock time per dimensionless time unit (WCTpDT), indicate that the ISLBM offers one to three orders of magnitude higher efficiency in large-scale simulations. On GPU architectures, the ISLBM retains high computational performance: throughput on non-uniform meshes reaches 60 -- 70\% of that on uniform meshes in terms of MLUPS, while the cost in WCTpDT is about three times higher. These results highlight the potential of interpolation-based LBM approaches for high-fidelity simulations of thermal convection on non-uniform meshes, providing a robust foundation for future extensions to turbulent flows.
评论: 50页,14图
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn) ; 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:2509.01099 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2509.01099v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.01099
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

提交历史

来自: Ao Xu [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 9 月 1 日 03:38:57 UTC (3,109 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
physics.flu-dyn
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-09
切换浏览方式为:
physics
physics.comp-ph

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号