Modelarea Lattice Boltzmann a fluxurilor complexe pentru aplicații inginerești

Titlul original:

Lattice Boltzmann Modeling of Complex Flows for Engineering Applications

Conținutul cărții:

Natura prezintă în permanență un număr foarte mare de fenomene complexe și la scară multiplă, care, în multe cazuri, implică prezența unuia sau mai multor fluide care curg, fuzionează și evoluează în jurul nostru. De la apariția sa pe suprafața Pământului, omenirea a încercat să exploateze și să îmblânzească fluidele în scopurile sale, începând probabil cu mașinăria lui Hero de a deschide ușile Templului lui Serapis din Alexandria pentru a ajunge la sistemele de propulsie și actuatoarele moderne. Astăzi știm că mecanica fluidelor stă la baza a nenumărate aplicații științifice și tehnice, de la cele mai mici scări fizice (nanofluidică, motilitate bacteriană și fluxuri difuzive în medii poroase), până la cele mai mari (de la producția de energie în centralele electrice la oceanografie și meteorologie). Este esențial să se aprofundeze înțelegerea comportamentului fluidelor la toate scările pentru progresul omenirii și pentru un viitor mai durabil și mai eficient.

Încă din primii ani ai mileniului al treilea, metoda Lattice Boltzmann (LBM) a cunoscut o creștere exponențială a aplicațiilor, în special în domeniile legate de simularea fluxurilor de materie complexă și moale. LBM, de fapt, a demonstrat o versatilitate remarcabilă în diferite domenii de aplicare, de la materiale nanoactive, fluxuri pe suprafețe libere și fluxuri multifazice și reactive până la simularea proceselor din interiorul motoarelor și al mașinilor cu fluide. LBM se bazează pe o formulare optimizată a ecuației cinetice a lui Boltzmann, care permite simularea particulelor fluide, sau mai degrabă a cvasi-particulelor, din punct de vedere mesoscopic, permițând astfel includerea unor interacțiuni fizice mai fundamentale în ceea ce privește schemele standard adoptate cu soluțiile Navier-Stokes, bazate pe ipoteza continuului.

În această carte, autorii prezintă cele mai recente progrese ale aplicării LBM la fenomene complexe de curgere de interes științific și tehnic, cu un accent deosebit pe modelarea la scară multiplă a catalizei eterogene în medii nanoporoase și a curgerilor multifazice, multicomponente.