MATLAB实现的D2Q9二维格子玻尔兹曼流体模拟程序

资 源 简 介

本项目提供基于D2Q9模型的二维格子玻尔兹曼方法（LBM）完整MATLAB实现，包含离散速度模型构建、碰撞步与迁移步计算核心流程，适用于不可压缩流体流动行为的基础研究与教学演示。

详 情 说 明

基于D2Q9模型的二维格子玻尔兹曼流体模拟程序

项目介绍

本项目实现了基于D2Q9离散速度模型的二维格子玻尔兹曼方法（LBM）流体模拟程序。该程序能够模拟不可压缩流体在二维平面内的流动行为，通过微观粒子分布函数的碰撞和迁移过程来再现宏观流体的动力学特性。程序采用高效的数值计算方法，支持多种边界条件和复杂几何设置，适用于计算流体力学研究和教学演示。

功能特性

• 核心算法：采用标准的D2Q9离散速度模型，实现碰撞步和迁移步的完整计算流程
• 边界处理：支持周期性边界条件和反弹边界条件，可灵活设置固体障碍物
• 参数调节：可通过调节雷诺数、粘度等参数模拟不同流态下的流体行为
• 实时可视化：提供流速场、压力场的实时动画显示，支持流线图和涡量图生成
• 数据输出：保存完整的场量数据，便于后续分析和验证

使用方法

参数设置

在运行程序前，需要配置以下参数：

• 网格参数：设置计算域尺寸（Nx×Ny）、空间步长和时间步长
• 流体属性：指定流体密度、运动粘度和目标雷诺数
• 初始条件：定义初始流速分布和密度场
• 边界配置：选择边界类型并设置障碍物几何形状
• 计算控制：设定总模拟步数和数据输出频率

运行流程

1. 初始化格子系统和粒子分布函数
2. 执行碰撞步骤（BGK近似模型）
3. 执行迁移步骤（粒子传播）
4. 处理边界条件
5. 计算宏观物理量（速度、压力）
6. 更新可视化显示并保存数据
7. 循环执行直至达到指定步数

结果分析

程序输出包括：

• 速度场和压力场的时间序列数据
• 实时流动动画和静态场分布图
• 质量守恒和收敛性验证结果
• 标准MAT格式的数据文件

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a或更高版本
• 内存需求：至少4GB RAM（建议8GB以上）
• 存储空间：500MB可用磁盘空间

文件说明

主程序文件整合了完整的仿真流程，包含网格初始化、物理参数设定、离散速度模型构建、时间步进循环控制等核心模块。该文件负责协调碰撞迁移计算、边界条件处理、宏观场量求解以及结果可视化输出等功能，实现了从参数输入到结果展示的全流程管理。程序采用模块化设计，将复杂的物理计算过程封装为清晰的逻辑单元，确保计算效率与代码可读性的平衡。