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Decomposing the collision operator in the lattice Boltzmann method

Weinmiller, Julius und Kellers, Benjamin und Lautenschläger, Martin und Latz, Arnulf und Danner, Timo (2026) Decomposing the collision operator in the lattice Boltzmann method. Physical Review E, 113 (4), 045302. American Physical Society. doi: 10.1103/b1jh-dm6d. ISSN 2470-0045.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
695kB

Offizielle URL: https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/b1jh-dm6d

Kurzfassung

In transport theory, physical phenomena are well described using the Boltzmann equation, which is efficiently simulated and discretized with the lattice Boltzmann method. The collision step defines the microscopic molecules behavior, and thus the simulated physical phenomena. For complex phenomena, the collision step becomes complex as well. In this paper, we propose a framework to systematically decompose the collision step into individual collision rules. Each collision rule is easier to understand, and thus a faster understanding of the whole is achieved. By inverting the process, i.e., composing multiple collision rules together, one can create collision steps that can better describe the underlying complex phenomena. This framework's applications are manyfold, from both a theoretical and an application standpoint. Shown here is the decomposition of the Robin boundary condition into the Dirichlet and Neumann boundary conditions, extending it to a partial Robin boundary condition and semipermeable reactive membranes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224720/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Decomposing the collision operator in the lattice Boltzmann method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Weinmiller, JuliusJulius.Weinmiller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5380-6791NICHT SPEZIFIZIERT
Kellers, BenjaminBenjamin.Kellers (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9791-2724NICHT SPEZIFIZIERT
Lautenschläger, MartinMartin.Lautenschlaeger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 April 2026
Erschienen in:Physical Review E
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:113
DOI:10.1103/b1jh-dm6d
Seitenbereich:045302
Verlag:American Physical Society
ISSN:2470-0045
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lattice Boltzmann Method, Simulation, Modelling
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HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Weinmiller, Julius
Hinterlegt am:08 Jun 2026 14:36
Letzte Änderung:08 Jun 2026 14:36

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