격자 볼츠만 방법에서 전단 응력과 유체 벽 힘의 비밀을 밝히다

초록

본 논문은 유체 및 자기유체역학(MHD) 흐름의 LBM 시뮬레이션에서 다양한 외부 힘 모델이 도입하는 인공적 항목(artefact terms)이 전단 응력 및 변형률 텐서 계산에 미치는 영향을 분석한다. Chapman-Enskog 해석과 수치적 크기 분석을 통해 이러한 항목이 무시 가능하며, 이로 인해 유체-벽 상호작용 연구와 LES 구현이 단순화됨을 보인다. 또한, 반 단계 전파 후의 특수 분포 함수를 이용한 직관적인 운동량 교환율 계산으로 유체-벽 상호작용력을 구하는 방법을 제시하고, 이 결과가 Chapman-Enskog 해석으로부터 유도된 공식과 일관됨을 확인한다. 이동 경계 조건에서 갈릴레이 불변성을 위반하는 원인과 MHD 흐름에서 Lorentz 힘에 대한 맥스웰 응력 텐서가 이 상호작용력에 포함되는 현상을 규명한다.

상세 분석

이 논문의 핵심 기술적 통찰은 LBM에서 외부 체적력을 구현하는 여러 수치적 방법(F