
格子玻尔兹曼方法(LBM)模拟液滴在重力作用下穿孔的C++代码(基于相场模型)
# 用格子玻尔兹曼方法(LBM)模拟液滴在重力下穿孔(相场模型)的C++之旅
最近在研究多相流相关的内容,尝试使用格子玻尔兹曼方法(LBM)来模拟液滴在重力作用下穿孔的
过程,这里采用相场模型来处理。不得不说,这个过程就像一场充满挑战与惊喜的编程冒险,今天就来和大
家分享一下其中的关键代码和实现思路。
## 基本原理速览
格子玻尔兹曼方法基于微观粒子的运动和碰撞来描述宏观流体的行为。在相场模型里,我们通过引
入一个相场变量来区分不同的相,比如液滴和周围的介质。而重力的引入则为整个模拟增添了现实世界的
物理特性,让液滴有了“掉落”和“穿孔”的动力。
## C++ 代码解析
### 初始化部分
```cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <cmath>
const int Lx = 200; // 模拟区域在x方向的长度
const int Ly = 200; // 模拟区域在y方向的长度
const double tau = 1.0; // 松弛时间
const double rho0 = 1.0; // 初始密度
const double g = 0.01; // 重力加速度
std::vector<std::vector<std::vector<double>>> f(Lx, std::vector<std::vector<double>>
(Ly, std::vector<double>(9, 0.0)));
std::vector<std::vector<double>> rho(Lx, std::vector<double>(Ly, rho0));
std::vector<std::vector<std::vector<int>>> e = {
{0, 0}, {1, 0}, {0, 1}, {-1, 0}, {0, -1}, {1, 1}, {-1, 1}, {-1, -1}, {1, -1}
};
```
在这段代码里,我们首先包含了必要的头文件,为后续的输入输出、向量操作和数学运算做准备。然
后定义了模拟区域的大小(`Lx` 和 `Ly`),这就像是搭建了一个虚拟的“舞台”,液滴的各种行为都将在这
里上演。松弛时间 `tau` 是格子玻尔兹曼方法里的一个关键参数,它决定了分布函数向平衡态松弛的速
度。初始密度 `rho0` 和重力加速度 `g` 也都设定好了,这俩参数分别给了液滴初始的“物质含量”和“掉
落的动力”。