A high-performance three-dimensional lattice Boltzmann solver for water
waves with free surface capturing
一种用于捕捉自由表面水波的高性能三维格子玻尔兹曼求解器
刘光威 张金凤 张庆河
摘要：格子玻尔兹曼方法（LBM）是一种具有高并行计算效率的数值方法。然而，目前基于LBM的三维数值波浪模型在沿海工程中的水波模拟中应用较少，这主要是由于数值不稳定性和精度相关的问题。为开发一种高性能的三维LBM求解器以实现水波模拟和自由表面捕捉，本文首先提出了一种新的三维碰撞算子，该算子具有足够的数值稳定性以满足波浪模拟需求。随后，在求解器中实现了与LBM耦合的流体体积法（VOF）波浪生成与主动波浪吸收方法，以确保精确的波浪运动。本文分析并比较了该求解器与其他常用数值波浪求解器的性能，并通过参数测试确定了模拟结构周围波浪变形的数值模型参数。通过与三个基准物理实验的对比，验证了该求解器的精度，证明其在实际应用中是一个有前景的工具，可用于波浪传播与变形模拟。与IHFoam和SPHysics求解器的基准测试和对比表明，本文开发的三维LBM求解器具有极佳的计算效率和并行扩展性。总体而言，本文的研究为自由表面捕捉的水波模拟以及沿海与海洋工程应用提供了一种全新的高性能三维求解器。
原文链接：https://wgmktpgxscrjl-s.p.lib.tju.edu.cn/10.1016/j.coastaleng.2021.103865
