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

Seminários por estudantes do Mestrado em Matemática de CIÊNCIAS.

Logótipo, data e local do evento

Com o tema “Ciência, Inovação e Sociedade”, o encontro será um palco de promoção e discussão do impacto científico, social, cultural e económico da investigação em Portugal.

Computabilidade na Europa (CiE) - uma série interdisciplinar de conferências internacionais organizada pela Associação Computabilidade na Europa (ACiE).

Título e local do evento

O evento visa promover o diálogo interdisciplinar sobre estruturas de proteínas, doenças conformacionais e tecnologias baseadas em proteínas.

Horta Solar

E se fosse possível experimentar um curso universitário antes de concorrer ao ensino superior? Agora já é!

Título/data do evento e vários objetos museológicos

Este curso visa fornecer uma visão atualizada do potencial das coleções museológicas para a investigação da biodiversidade. Mais especificamente, pretende apresentar estudos de caso sobre o valor dos museus e a utilização de coleções e espécimes no século XXI, utilizando novas tecnologias e métodos analíticos.

Banner Meredith Ringel Morris HCI for AGI

15 de julho: É com enorme entusiasmo que CIÊNCIAS recebe a investigadora de renome internacional Meredith R. Morris, Diretora de Investigação em Interacção Humano-IA na Google DeepMind e Professora Afiliada na Universidade de Washington, para uma palestra imperdível sobre um dos temas mais debatidos e transformadores da atualidade: o caminho rumo à Inteligência Artificial Geral (AGI).

Águas subterrâneas

Curso acreditado para efeitos de progressão na carreira dos professores na dimensão cientifico-pedagógica dos grupos 420 e 520.

Título e datas do programa de estágios

Preparados para explorar a investigação de perto?

Um workshop com o objetivo de reunir académicos que abordam a história da ecologia - e a evolução da própria disciplina - a partir de uma variedade de perspetivas.

Orquestra

Concerto no âmbito do programa Música na Universidade de Lisboa,

A 10.ª edição do Ser Cientista realiza-se entre 21 e 25 de julho - vem investigar connosco!

Pormenor de lâmpada

Candidaturas a decorrer de 01 a 30 de setembro.

Microplásticos no ocerano

O curso procura dar formação sobre a problemática da contaminação por detritos de plástico dos nossos ecossistemas, bem como alertar para os potenciais efeitos deletérios nos organismos, utilizando uma abordagem de ensino científico, com um discurso adequado a formandos sem formação científica - candidaturas até 03 de agosto.

Logótipo do evento, sobre fotografia dos Açores

Um simpósio internacional que reúne investigadores especializados em várias disciplinas (taxonomia, ecologia da vegetação, biogeografia, filogeografia, paleoecologia ou conservação da biodiversidade), focados na flora e vegetação terrestre e marinha da região da Macaronésia (Açores, Madeira, Selvagens, Canárias e Cabo Verde).

Quatro investigadores num laboratório

O curso visa capacitar investigadores, docentes e técnicos para integrar os princípios da economia circular em ambientes laboratoriais académicos - candidaturas até 16 de setembro.

Três investigadores num laboratório

O curso visa capacitar profissionais para aplicar os princípios da economia circular em ambientes laboratoriais industriais, promovendo práticas sustentáveis e eficientes - candidaturas até 17 de setembro.

Composição de imagens relativas à área das ciências forenses

O curso visa dotar os formandos com os conhecimento necessários à integração de equipas profissionais multidisciplinares nas áreas Médico-Legais e Forenses, em Laboratórios ou Serviços Médico-Legais e Forenses - candidaturas até 27 de julho.

Logótipo do evento

Physics Day é um evento promovido pelo Departamento de Física da Faculdade de Ciências da ULisboa, com um duplo objetivo: valorizar a diversidade e excelência da formação dos doutorados e promover um espaço de diálogo direto entre empresas e estudantes.

Cientista a trabalhar com tubos de ensaio

Os participantes neste curso irão adquirir os conhecimentos essenciais à integração de equipas profissionais multidisciplinares na área das Análises Clínicas/Patologia Clínica, em laboratórios privados, públicos, hospitalares ou do Estado - candidaturas até 27 de julho.

Saída de campo (Geologia)

O curso, com candidaturas até 20 de julho, convida os professores do Ensino Básico e Secundário a explorar a Geologia a partir das rochas que afloram nas imediações da sua escola.

Gotas de água

O curso visa capacitar os formandos para a aplicação dos índices de qualidade ecológica utilizados na avaliação da qualidade ambiental em sistemas de transição, no âmbito da Diretiva Quadro da Água (DQA) - candidaturas até 31 de agosto.

Astronauta, banhado pela luz solar, no meio de uma floresta

Candidaturas até 30 de julho - um evento único, que reunirá estudantes de mestrado e doutoramento com investigadores e líderes da indústria de toda a Europa para uma experiência inesquecível.

Composição de três imagens relativas à área da deteção remota

2.ª edição do curso, com candidaturas até 18 de outubro.

A conferência visa reunir os principais especialistas no domínio da Imagiologia Médica por Micro-ondas (MMWI) e incluirá palestras, apresentações e pósteres de resumos revistos por pares e artigos de conferências, bem como workshops em áreas satélite de investigação com interesse para a investigação em MMWI.