Seminário

Analysis and improvement of the lattice Boltzmann modeling of rotating channel flows

Sala 3.2.16, Ciências ULisboa

Por Gonçalo Silva (IDMEC, Mechatronics Department, Univ. Évora, Portugal).

The lattice Boltzmann method (LBM) is recognised as a well-established numerical technique, capable of solving a wide variety of fluid flow problems [1]. This talk will focus on a very specific application: the LBM modeling of rotating channel flows [2]. Despite the apparent simplicity of the problem, current CFD commercial codes still show difficulties in solving it [3], and LBM is also no exception [2]. The goal of this presentation is to tackle this problem, starting from a standard LBM-BGK model [4] subject to a popular forcing scheme [5] and, taking a step-by-step analysis based on simple numerical examples, progressively reveal which difficulties the method is expected to face and which strategies can be adopted to overcome them. The points of analysis will cover almost every element of the LBM algorithm, namely:

  1. LBM collision model: Is a single-relaxation-time model (LBM-BGK) able to support physically consistent numerical solutions? Why a two-relaxation-time model (LBM-TRT) [6] should be seriously considered as alternative?
  2. LBM forcing model: Is the popular Guo et al. [5] forcing model able to reproduce consistent external forces in incompressible hydrodynamics [7]? Should we be expecting the inevitable presence of LBM force errors [8]? What are their consequences? Is there any strategy to correct/mitigate them?
  3. LBM lattice and equilibrium models: Do all cubic lattices (D3Q15, D3Q19 and D3Q27) perform identically, taking the same equilibrium [9]? What might explain the differences? Can we correct them by tailoring the equilibrium to the lattice [10]?

The focus of the talk will be dedicated to answering each of these questions and, at the same time, providing an improved LBM scheme, capable of competing (or even outperforming) state-of-the-art CFD second-order strategies typically used in this problem class.

References:

  • [1] T. Krüger, H. Kusumaatmaja, A. Kuzmin, O. Shardt, G. Silva, E. M. Viggen, The Lattice Boltzmann Method- Principles and Practice (1st ed., Springer, 2016). (ISBN: 978-3-319-44647-9)
  • [2] G. Silva, “Consistent lattice Boltzmann modeling of rotating channel flows” (Under preparation)
  • [3] T. Glatzela et al., “Computational fluid dynamics (CFD) software tools for microfluidic applications – A case study,” Comput. Fluids 37, 218–235 (2008) (doi: 10.1016/j.compfluid.2007.07.014)
  • [4] Y. Qian, D. d’Humi`eres, P. Lallemand, “Lattice BGK models for Navier–Stokes equation,” Europhys. Lett. 17, 479–484 (1992) (doi: 10.1209/0295-5075/17/6/001)
  • [5] Z. Guo, C. Zheng, B. Shi, “Discrete lattice effects on the forcing term in the lattice Boltzmann method,” Phys. Rev. E. 65, 046308 (2002) (doi: 10.1103/PhysRevE.65.046308)
  • [6] I. Ginzburg, F. Verhaeghe, D. d’Humi`eres, Two-relaxation-time lattice Boltzman scheme: about parametrization, velocity, pressure and mixed conditions, Commun. Comp. Phys. 3, 427 (2008)
  • [7] G. Silva, “Discrete effects on the forcing term for the lattice Boltzmann modeling of steady hydrodynamics,” Comput. Fluids 203, 104537 (2020) (doi: 10.1016/j.compfluid.2020.104537)
  • [8] Silva G., Talon L., Ginzburg I., “Low-and high-order accurate boundary conditions: From Stokes to Darcy porous flow modeled with standard and improved Brinkman lattice Boltzmann schemes,” J. Comput. Phys. 335, 50–83 (2017) (doi: 10.1016/j.jcp.2017.01.023)
  • [9] G. Silva, V. Semiao, “Truncation errors and the rotational invariance of three-dimensional lattice models in the lattice Boltzmann method,” J. Comput. Phys. 269, 0021-9991 (2014) (doi: 10.1016/j.jcp.2014.03.027)
  • [10] M. Bauer, G. Silva, U. R ̈ude, “Truncation errors of the D3Q19 lattice model for the lattice Boltzmann method,” J. Comput. Phys. 405, 109111 (2020) (doi: 10.1016/j.jcp.2019.109111
11h00-12h00
CFTC - Centro de Física Teórica e Computacional
Composição com os nomes das Universidades participantes

Candidaturas até 25 de maio (mobilidades no 1.º semestre).

Título/data/local do evento, sobre representação de luzes

Quase um ano após o telescópio Euclid ter sido colocado no espaço, vamos ver e compreender as novas imagens de entre as maiores alguma vez feitas do Universo, e aprofundar as primeiras descobertas a serem divulgados pela Agência Espacial Europeia (ESA) a 23 de maio.

Logótipo da conferência

The 2024 Conjugate Margins Conference will be held in Lisbon, Portugal, following the successful event in Marrakesh, Morocco in 2022, and is espected to attract participants from a variety of countries, public and private institutions, students, researchers and professionals.

Seminário de Formação Avançada em Jardins, Paisagens e Ambiente, por André Murgia (Università degli Studi di Cagliari).

Seminário do Centro de Física Teórica e Computacional, por João Carvalho (Soft and Biological Matter - CFisUC, Department of Physics, University of Coimbra, Portugal).

Seminário por Pavel Dvořák (TIFR / Charles University).

Título/data/local do evento e pintura de casa na planta de um pé

Sessão inaugural do Ciclo de Debates "Pensar a Dois Tempos".

Seminário Helena Avelar de Astronomia e Astrologia Antiga, por Francisco Malta Romeiras (Universidade de Lisboa).

Título do prémio

As candidaturas decorrem até ao dia 31 de maio.

O objetivo deste workshop é juntar especialistas portugueses e espanhóis em história política, cultural, científica e marítima do século XVI que, num ambiente informal, irão debater a importância deste intercâmbio.

Título do programa e logótipos das entidades organizadoras, sobre fotografia do espaço

Candidaturas até 03 de junho.

Inscrições até 24 de maio.

Criança a segurar num globo terrestre

A conferência é dedicada ao tema "Desafios em Saúde Planetária: Capacitar Comunidades para a Mudança".

Pormenor de linguagem corporal (braços e mãos) de pessoa a dialogar

Ação de formação para docentes e investigadores de Ciências.

Título/data/local do evento, sobre representação do cérebro humano

Quatro dos doze finalistas da competição são de Ciências ULisboa.

Seminário do Centro de Estatística e Aplicações da Universidade de Lisboa e do Centro de Matemática Computacional e Estocástica, por Fernando Moura (Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil).

Título/data/local do evento, logótipos da Rede MAR/ULisboa e fotografia de zona costeira

Candidaturas até 31 de maio.

Pormenor de duas pessoas a trabalharem em frente a um ecrã de computador

Inscrições de docentes e investigadores de Ciências até 02 de junho.

Feixes luminosos

Envio de propostas até 20 de junho.

An opportunity to get acquainted with some of the most promising contemporary topics in the exciting interdisciplinary area of scientific culture: the interactions of mathematics and music.

Título/data/local do evento e imagem representativa de pessoa a trabalhar num mundo tecnológico

As Jornadas Científicas 2024 da Universidade de Lisboa são dedicadas ao tema “Impacto Atual e Futuro da Inteligência Artificial no Trabalho”.

Pessoa ajoelhada no hall de edifício pejado de luzes

Ação de formação para docentes e investigadores de Ciências.

Título/data/local do evento, sobre a Tabela Periódica

This year's program will cover two plenary sessions hosted by Susete Pinteus and Hugo Miranda, complemented by oral presentations, flash talks, and poster communications. Finally, a round table discussion will take place at the end of our meeting.

Logótipo do prémio

As candidaturas à 11.ª edição decorrem até 28 de junho.

Logótipo Moodle

Ação de formação para docentes e investigadores de Ciências.

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