|
广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2019, Vol. 37 ›› Issue (2): 15-26.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2019.02.003
张立升*, 张智勇, 马凯华, 李国放
ZHANG Lisheng*, ZHANG Zhiyong, MA Kaihua, LI Guofang
摘要: 对流Cahn-Hilliard(简称C-H)系统是一类连续介质模型,可描述二元系统中相变行为,其应用涉及固体理论、激发数学、材料科学等多个学科领域,且因其高度非线性的特征、丰富的动力学现象受到研究者广泛关注。本文利用Lattice Boltzmann (简称LB)方法将一维对流C-H系统的高阶空间导数项构造成源项,建立改进的LB方法计算格式,导出系统传播矩阵并分析了数值求解的稳定性对时空比例因子的选择要求。利用所得LB模型发现,系统对流强度k变大一方面会减小系统的振荡幅度A,并在较强对流时与系统振动幅度呈现出不依赖于初态的幂律特征;另一方面,系统的对流强度增加会促使系统的振荡频率变大,并在此过程中存在明显的频率跳变现象。进一步探究发现,不同初态可使系统演化至不同频率的周期振荡,而相同参数条件下多频共存的情况揭示了系统的动力学在大尺度下的混沌行为。
中图分类号:
[1] CAHN J W. On spinodal decomposition[J]. Acta Metall,1961,9(3):795-501. [2] CAHN J W,HILLIARD J E. Free energy of a non-uniform system I. Interfacial free energy[J]. J Chem Phys,1958,2(2):258-267. [3] 李德生,李清仪. Cahn-Hilliard方程的动力学稳定性[J]. 数学学报,2000,43(1):127-134. [4] 曹保胜,何洋洋,董斌. 纳米尺度下体系自由能对扩散模型的影响[J]. 材料导报,2009,23(11):113-116. [5] GOLOVIN A A,NEPOMNYASHCHY A A,DAVIS S H,et al. Convective Cahn-Hilliard models:from coarsening to roughening[J]. Phys Rev Lett,2001,86(8):1550-1553. [6] 罗勇,欧阳文斌,杨其,等. 振荡剪切场下PS/PVME共混物的相分离动力学研究[J]. 高分子学报,2006,4(4):557-563. [7] 赵才地. 非线性Cahn-Hilliard方程的行波解[J]. 武汉科技大学学报(自然科学版),2006,29(2):215-216. [8] GUO Xiulan,LI Kaitai,YANG Shouzhi. The global attractor for a sort of fourth order nonlinear parabolic equations[J]. Mathematica Applicata,2002,15(3):1-7. [9] 张正丽,张强. 一类Cahn-Hilliard方程的定态分歧[J]. 四川大学学报(自然科学版),2011,48(4):729-732. [10] 曹保胜,张志鹏,雷明凯. 二元非均匀体系非线性动力学扩散模型的相关性[J]. 金属学报,2008,44:281. [11] SAVINA T V,GOLOVIN A A,DAVIS S H,et al. Faceting of a growing crystal surface by surface diffusion[J]. Phys Rev E,2003,67:021606. [12] MIKHAIL K. Long-wave model for strongly anisotropic growth of a crystal step[J]. Phys Rev E,2013,88:022402. [13] 梁宏,柴振华,施保昌. 分叉微通道内液滴动力学行为的格子Boltzmann 方法模拟[J]. 物理学报,2016,65(20):204701. [14] 上官勇刚,吴远志,陈锋,等. 制备方法对聚合物共混物相分离与黏弹弛豫的影响[J]. 中国科学:化学,2011,41(2):391-397. [15] 黄锐. Cahn-Hilliard方程的径向对称稳态解[D]. 长春:吉林大学,2004. [16] 张铁. Cahn-Hilliard方程有限元分析[J]. 计算数学,2006,28(3):281-292. [17] JELI$\acute{C}$ A,ILG P,ÖTTINGER H C. Bridging length and time scales in sheared demixing systems:From the Cahn-Hilliard to the Doi-Ohta model[J]. Phys Rev E,2010,81:011131. [18] MITLIN V. On the μ-transform:Applications to the Cahn-Hilliard equation[J]. Phys Lett A,2006,58:142-148. [19] LI Juan,SUN Zhizhong,ZHAO Xuan. A three level linearized compact difference scheme for the Cahn-Hilliard equation[J]. Science China:Mathematics,2012,55(4):805-826. [20] GRUNAU D,CHEN S,EGGERT K A. Lattice Boltzmann model for multiphase fluid flows[J]. Phys Fluids,1993,A5:2557. [21] 许爱国,张广财,甘延标. 相分离过程的离散Boltzmnn方法研究进展[J]. 力学与实践,2016,38(4):361-374. [22] LAI H L,MA C F. Lattice Boltzmann method for the generalized Kuramoto-Sivashinsky equation[J]. Physica A,2009,388:1405-1412. [23] CHAI Z H,HE N Z,GUO Z L,et al. Lattice Boltzmann model for high-order nonlinear partial differential equations[J]. Phys Rev E,2018,97:013304. [24] McNAMARA G,ZANETTI G. Use of the Boltzmann equation to simulation lattice gas automata[J]. Phys Rev Lett,1988,61(20/22):2332-2335. [25] CHEN S Y,CHEN H D,MARITINEZ D,et al. Lattice Boltzmann model simulation of magneto hydynamics[J]. Phys Rev Lett,1991,67(27):3776-3780. [26] 王勇. 格子Boltzmann方法在热声领域的应用及热声谐振管可视化实验研究[D]. 西安:西安交通大学,2009. [27] 陈杰,钱跃竑. 热格子Boltzmann方法分析及应用[J]. 上海大学学报(自然科学版),2012,18(5):489-495. [28] 邓敏艺,刘慕仁,何云,等. 基于九速四方格子模型的二维对流扩散方程格子Boltzmann 方法模拟[J]. 计算物理,2000,17(1/2):161-165. [29] QIAN Y H,SUCCI S,ORSZAG S A,Recent advances in Lattice Boltzmann computing[J]. Annual Reviews of Computational Physics,1995,3:195-242. [30] 史秀波. 用于波动方程的格子Boltzmann方法及数值模拟研究[D]. 长春:吉林大学,2010. [31] CHAI Z H,SHI B C,ZHENG L. A unified Lattice Boltzmann model for some nonlinear partial differential equations[J]. Chaos,Solitons and Fractals,2008,36:874-882. [32] BÖSCH F,KARLIN I V. Exact Lattice Boltzmann equation[J]. Phys Rev Lett,2013,111:090601. [33] XU A G,ZHANG G C,GAN Y B,et al. Lattice Boltzmann modeling and simulation of compressible flows[J]. Front Phys,2012,7(5):582. [34] MENDOZA M,BOGHOSIAN B M,HERRMANN H J,et al,Fast Lattice Boltzmann solver for relativistic hydrodynamics[J]. Phys Rev Lett,2010,105(1):014502. [35] LIN Chuandong,LUO Kaihong,FEI Linlin,et al. A multi-component discrete Boltzmann model for nonequilibrium reactive flows[J]. Sci Rep,2017,7:14580. [36] LIANG H,SHI B C,GUO Z L,et al. Phase-field-based multiple-relaxation-time Lattice Boltzmann model for incompressible multiphase flows[J]. Phys Rev E,2014,89:053320. [37] ZHENG Lin,ZHENG Song,ZHAI Qinglan. Lattice Boltzmann equation method for the Cahn-Hilliard equation[J]. Phys Rev E,2015,91:013309. [38] 许爱国,张广财,李英骏,等. 非平衡与多相复杂系统模拟研究:Lattice Boltzmann 动力学理论与应用[J]. 物理学进展,2014,24(3):136-167. |
[1] | 洪玲玲,杨启贵. 新四维超混沌系统的复杂动力学研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2019, 37(3): 96-105. |
[2] | 吴雷, 阳丽, 李啟尚, 萧华鹏. 基于小增益定理的同步磁阻电机混沌控制[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2019, 37(2): 44-51. |
[3] | 吴雷,阳丽,郭鹏霄. Rucklidge系统的反馈线性化控制[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2017, 35(1): 21-27. |
[4] | 徐胜舟, 许向阳, 胡怀飞, 李波. 基于改进动态规划的MR图像左心室分割[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2014, 32(2): 35-41. |
[5] | 刘龙生, 康云莲, 赵俊玲. 广义符号动力系统中的Li-Yorke混沌集和ω-混沌集[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2014, 32(2): 75-81. |
[6] | 廖志贤, 罗晓曙, 黄国现. 光伏并网逆变器的非线性动力学研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2013, 31(4): 1-6. |
[7] | 康云莲, 刘龙生, 赵俊玲. 符号动力系统的因子系统的分布混沌性[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2013, 31(4): 66-70. |
[8] | 刘军贤, 裴启明, 覃宗定, 蒋玉凌. Lorenz方程在新参数空间的研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2012, 30(4): 1-12. |
[9] | 陈彦飞, 贾贞, 邓奇湘, 谢梦舒, 于晓玲. 超混沌Liu系统的自适应广义投影同步与参数识别[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2012, 30(1): 10-14. |
[10] | 高俊芬, 胡维平. 基于非线性动力学和GMM的病态嗓音识别与研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2011, 29(3): 5-8. |
[11] | 邓金虹, 赵俊玲. 非回归点集中的SS混沌集[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2011, 29(2): 40-44. |
[12] | 李勇, 贾贞. 离散混沌系统在保密通信中的应用[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2011, 29(1): 15-19. |
|
版权所有 © 广西师范大学学报(自然科学版)编辑部 地址:广西桂林市三里店育才路15号 邮编:541004 电话:0773-5857325 E-mail: gxsdzkb@mailbox.gxnu.edu.cn 本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发 |