26、曲折通道中流体流动的格子气模型模拟

曲折通道中流体流动的格子气模型模拟

1. 引言

本文提出了一种模拟流体通过多孔介质流动的方法，该方法基于三个主要论点。一是完全离散表示模拟过程中使用的所有值，带来了计算精度和计算稳定性；二是希望将经典的元胞自动机（CA）流体动力学方法与用于多孔介质模型构建的CA方法相结合；三是对于模拟小样本也需要非常大的元胞自动机，因此并行实现不可避免，且在评估方法特性时需考虑其效率。此方法主要针对静态多孔介质，即其形态在研究过程中不发生变化。

2. 问题陈述

模拟流体通过多孔材料的流动旨在研究多孔材料的特性。在材料生产开发阶段，以及设计使用或阻止流体通过多孔膜的设备时，模拟方法和计算机工具都有需求。然而，多孔介质本身是一个复杂的计算机模拟对象，很难找到两个完全相同的多孔材料样本，其数学描述存在不确定性。当孔隙中充满流动液体时，过程表示更加不确定，所以模拟方法难以达到高精度，模拟结果多被视为定性结果，但也能获得一些定量特征。

模拟方法针对二维情况开发，通常二维版本被视为三维情况的近似。该模拟任务是两个元胞自动机的叠加，分别为“PoreCA”（多孔介质模型）和“FlowCA”（流动模型）。“PoreCA”可以是同步或异步的，“FlowCA”是同步的。它们有相同的命名集，但字母表和转移函数集不同。这种组合模型允许对“PoreCA”的初始条件进行微小更改后进行多次模拟，从而获得更可靠的多孔特性信息。

给定的参数分为两组：
- 多孔材料特性参数 ：
1. 样本尺寸 ：二维情况下需知道样本的长度和宽度。
2. 孔隙率系数