465 resultados para diagramme de Boltzmann
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La caractérisation de matériaux par spectroscopie optique d’émission d’un plasma induit par laser (LIPS) suscite un intérêt qui ne va que s’amplifiant, et dont les applications se multiplient. L’objectif de ce mémoire est de vérifier l’influence du choix des raies spectrales sur certaines mesures du plasma, soit la densité électronique et la température d’excitation des atomes neutres et ionisés une fois, ainsi que la température d’ionisation. Nos mesures sont intégrées spatialement et résolues temporellement, ce qui est typique des conditions opératoires du LIPS, et nous avons utilisé pour nos travaux des cibles binaires d’aluminium contenant des éléments à l’état de trace (Al-Fe et Al-Mg). Premièrement, nous avons mesuré la densité électronique à l’aide de l’élargissement Stark de raies de plusieurs espèces (Al II, Fe II, Mg II, Fe I, Mg I, Halpha). Nous avons observé que les densités absolues avaient un comportement temporel différent en fonction de l’espèce. Les raies ioniques donnent des densités électroniques systématiquement plus élevées (jusqu’à 50 % à 200 ns après l’allumage du plasma), et décroissent plus rapidement que les densités issues des raies neutres. Par ailleurs, les densités obtenues par les éléments traces Fe et Mg sont moindres que les densités obtenues par l’observation de la raie communément utilisée Al II à 281,618 nm. Nous avons parallèlement étudié la densité électronique déterminée à l’aide de la raie de l’hydrogène Halpha, et la densité électronique ainsi obtenue a un comportement temporel similaire à celle obtenue par la raie Al II à 281,618 nm. Les deux espèces partagent probablement la même distribution spatiale à l’intérieur du plasma. Finalement, nous avons mesuré la température d’excitation du fer (neutre et ionisé, à l’état de trace dans nos cibles), ainsi que la température d’ionisation, à l’aide de diagrammes de Boltzmann et de Saha-Boltzmann, respectivement. À l’instar de travaux antérieurs (Barthélémy et al., 2005), il nous est apparu que les différentes températures convergeaient vers une température unique (considérant nos incertitudes) après 2-3 microsecondes. Les différentes températures mesurées de 0 à 2 microsecondes ne se recoupent pas, ce qui pourrait s’expliquer soit par un écart à l’équilibre thermodynamique local, soit en considérant un plasma inhomogène où la distribution des éléments dans la plume n’est pas similaire d’un élément à l’autre, les espèces énergétiques se retrouvant au cœur du plasma, plus chaud, alors que les espèces de moindre énergie se retrouvant principalement en périphérie.
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Après des décennies de développement, l'ablation laser est devenue une technique importante pour un grand nombre d'applications telles que le dépôt de couches minces, la synthèse de nanoparticules, le micro-usinage, l’analyse chimique, etc. Des études expérimentales ainsi que théoriques ont été menées pour comprendre les mécanismes physiques fondamentaux mis en jeu pendant l'ablation et pour déterminer l’effet de la longueur d'onde, de la durée d'impulsion, de la nature de gaz ambiant et du matériau de la cible. La présente thèse décrit et examine l'importance relative des mécanismes physiques qui influencent les caractéristiques des plasmas d’aluminium induits par laser. Le cadre général de cette recherche forme une étude approfondie de l'interaction entre la dynamique de la plume-plasma et l’atmosphère gazeuse dans laquelle elle se développe. Ceci a été réalisé par imagerie résolue temporellement et spatialement de la plume du plasma en termes d'intensité spectrale, de densité électronique et de température d'excitation dans différentes atmosphères de gaz inertes tel que l’Ar et l’He et réactifs tel que le N2 et ce à des pressions s’étendant de 10‾7 Torr (vide) jusqu’à 760 Torr (pression atmosphérique). Nos résultats montrent que l'intensité d'émission de plasma dépend généralement de la nature de gaz et qu’elle est fortement affectée par sa pression. En outre, pour un délai temporel donné par rapport à l'impulsion laser, la densité électronique ainsi que la température augmentent avec la pression de gaz, ce qui peut être attribué au confinement inertiel du plasma. De plus, on observe que la densité électronique est maximale à proximité de la surface de la cible où le laser est focalisé et qu’elle diminue en s’éloignant (axialement et radialement) de cette position. Malgré la variation axiale importante de la température le long du plasma, on trouve que sa variation radiale est négligeable. La densité électronique et la température ont été trouvées maximales lorsque le gaz est de l’argon et minimales pour l’hélium, tandis que les valeurs sont intermédiaires dans le cas de l’azote. Ceci tient surtout aux propriétés physiques et chimiques du gaz telles que la masse des espèces, leur énergie d'excitation et d'ionisation, la conductivité thermique et la réactivité chimique. L'expansion de la plume du plasma a été étudiée par imagerie résolue spatio-temporellement. Les résultats montrent que la nature de gaz n’affecte pas la dynamique de la plume pour des pressions inférieures à 20 Torr et pour un délai temporel inférieur à 200 ns. Cependant, pour des pressions supérieures à 20 Torr, l'effet de la nature du gaz devient important et la plume la plus courte est obtenue lorsque la masse des espèces du gaz est élevée et lorsque sa conductivité thermique est relativement faible. Ces résultats sont confirmés par la mesure de temps de vol de l’ion Al+ émettant à 281,6 nm. D’autre part, on trouve que la vitesse de propagation des ions d’aluminium est bien définie juste après l’ablation et près de la surface de la cible. Toutefois, pour un délai temporel important, les ions, en traversant la plume, se thermalisent grâce aux collisions avec les espèces du plasma et du gaz.
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A numerical scheme is presented for accurate simulation of fluid flow using the lattice Boltzmann equation (LBE) on unstructured mesh. A finite volume approach is adopted to discretize the LBE on a cell-centered, arbitrary shaped, triangular tessellation. The formulation includes a formal, second order discretization using a Total Variation Diminishing (TVD) scheme for the terms representing advection of the distribution function in physical space, due to microscopic particle motion. The advantage of the LBE approach is exploited by implementing the scheme in a new computer code to run on a parallel computing system. Performance of the new formulation is systematically investigated by simulating four benchmark flows of increasing complexity, namely (1) flow in a plane channel, (2) unsteady Couette flow, (3) flow caused by a moving lid over a 2D square cavity and (4) flow over a circular cylinder. For each of these flows, the present scheme is validated with the results from Navier-Stokes computations as well as lattice Boltzmann simulations on regular mesh. It is shown that the scheme is robust and accurate for the different test problems studied.
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Purpose - The purpose of this paper is to apply lattice Boltzmann equation method (LBM) with multiple relaxation time (MRT) model, to investigate lid-driven flow in a three-dimensional (3D), rectangular cavity, and compare the results with flow in an equivalent two-dimensional (2D) cavity. Design/methodology/approach - The second-order MRT model is implemented in a 3D LBM code. The flow structure in cavities of different aspect ratios (0.25-4) and Reynolds numbers (0.01-1000) is investigated. The LBM simulation results are compared with those from numerical solution of Navier-Stokes (NS) equations and with available experimental data. Findings - The 3D simulations demonstrate that 2D models may predict the flow structure reasonably well at low Reynolds numbers, but significant differences with experimental data appear at high Reynolds numbers. Such discrepancy between 2D and 3D results are attributed to the effect of boundary layers near the side-walls in transverse direction (in 3D), due to which the vorticity in the core-region is weakened in general. Secondly, owing to the vortex stretching effect present in 3D flow, the vorticity in the transverse plane intensifies whereas that in the lateral plane decays, with increase in Reynolds number. However, on the symmetry-plane, the flow structure variation with respect to cavity aspect ratio is found to be qualitatively consistent with results of 2D simulations. Secondary flow vortices whose axis is in the direction of the lid-motion are observed; these are weak at low. Reynolds numbers, but become quite strong at high Reynolds numbers. Originality/value - The findings will be useful in the study of variety of enclosed fluid flows.
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Magnetotransport measurements in pulsed fields up to 15 T have been performed on mercury cadmium telluride (Hg1-xCdxTe, x similar to 0.2) bulk as well as liquid phase epitaxially grown samples to obtain the resistivity and conductivity tensors in the temperature range 220-300 K. Mobilities and densities of various carriers participating in conduction have been extracted using both conventional multicarrier fitting (MCF) and mobility spectrum analysis. The fits to experimental data, particularly at the highest magnetic fields, were substantially improved when MCF is applied to minimize errors simultaneously on both resistivity and conductivity tensors. The semiclassical Boltzmann transport equation has been solved without using adjustable parameters by incorporating the following scattering mechanisms to fit the mobility: ionized impurity, polar and nonpolar optical phonons, acoustic deformation potential, and alloy disorder. Compared to previous estimates based on the relaxation time approximation with outscattering only, polar optical scattering and ionized impurity scattering limited mobilities are shown to be larger due to the correct incorporation of the inscattering term taking into account the overlap integrals in the valence band.
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We reformulate and extend our recently introduced quantum kinetic theory for interacting fermion and scalar fields. Our formalism is based on the coherent quasiparticle approximation (cQPA) where nonlocal coherence information is encoded in new spectral solutions at off-shell momenta. We derive explicit forms for the cQPA propagators in the homogeneous background and show that the collision integrals involving the new coherence propagators need to be resummed to all orders in gradient expansion. We perform this resummation and derive generalized momentum space Feynman rules including coherent propagators and modified vertex rules for a Yukawa interaction. As a result we are able to set up self-consistent quantum Boltzmann equations for both fermion and scalar fields. We present several examples of diagrammatic calculations and numerical applications including a simple toy model for coherent baryogenesis.
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‘Best’ solutions for the shock-structure problem are obtained by solving the Boltzmann equation for a rigid sphere gas by applying minimum error criteria on the Mott-Smith ansatz. The use of two such criteria minimizing respectively the local and total errors, as well as independent computations of the remaining error, establish the high accuracy of the solutions, although it is shown that the Mott-Smith distribution is not an exact solution of the Boltzmann equation even at infinite Mach number. The minimum local error method is found to be particularly simple and efficient. Adopting the present solutions as the standard of comparison, it is found that the widely used v2x-moment solutions can be as much as a third in error, but that results based on Rosen's method provide good approximations. Finally, it is shown that if the Maxwell mean free path on the hot side of the shock is chosen as the scaling length, the value of the density-slope shock thickness is relatively insensitive to the intermolecular potential. A comparison is made on this basis of present results with experiment, and very satisfactory quantitative agreement is obtained.
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The gain and loss integrals in the Boltzmann equation for a rigid sphere gas are evaluated in closed form for a distribution which can be expressed as a linear combination of Maxwellians. Application to the Mott-Smith bimodal distribution shows that the gain is also bimodal, but the two modes in the gain are less pronounced than in the distribution. Implications of these results for simple collision models in non-equilibrium flow are discussed.
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In this article, an extension to the total variation diminishing finite volume formulation of the lattice Boltzmann equation method on unstructured meshes was presented. The quadratic least squares procedure is used for the estimation of first-order and second-order spatial gradients of the particle distribution functions. The distribution functions were extrapolated quadratically to the virtual upwind node. The time integration was performed using the fourth-order RungeKutta procedure. A grid convergence study was performed in order to demonstrate the order of accuracy of the present scheme. The formulation was validated for the benchmark two-dimensional, laminar, and unsteady flow past a single circular cylinder. These computations were then investigated for the low Mach number simulations. Further validation was performed for flow past two circular cylinders arranged in tandem and side-by-side. Results of these simulations were extensively compared with the previous numerical data. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.
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The classical Chapman-Enskog expansion is performed for the recently proposed finite-volume formulation of lattice Boltzmann equation (LBE) method D.V. Patil, K.N. Lakshmisha, Finite volume TVD formulation of lattice Boltzmann simulation on unstructured mesh, J. Comput. Phys. 228 (2009) 5262-5279]. First, a modified partial differential equation is derived from a numerical approximation of the discrete Boltzmann equation. Then, the multi-scale, small parameter expansion is followed to recover the continuity and the Navier-Stokes (NS) equations with additional error terms. The expression for apparent value of the kinematic viscosity is derived for finite-volume formulation under certain assumptions. The attenuation of a shear wave, Taylor-Green vortex flow and driven channel flow are studied to analyze the apparent viscosity relation.
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The Lattice-Boltzmann method (LBM), a promising new particle-based simulation technique for complex and multiscale fluid flows, has seen tremendous adoption in recent years in computational fluid dynamics. Even with a state-of-the-art LBM solver such as Palabos, a user has to still manually write the program using library-supplied primitives. We propose an automated code generator for a class of LBM computations with the objective to achieve high performance on modern architectures. Few studies have looked at time tiling for LBM codes. We exploit a key similarity between stencils and LBM to enable polyhedral optimizations and in turn time tiling for LBM. We also characterize the performance of LBM with the Roofline performance model. Experimental results for standard LBM simulations like Lid Driven Cavity, Flow Past Cylinder, and Poiseuille Flow show that our scheme consistently outperforms Palabos-on average by up to 3x while running on 16 cores of an Intel Xeon (Sandybridge). We also obtain an improvement of 2.47x on the SPEC LBM benchmark.
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A lattice Boltzmann model with 5-bit lattice for traffic flows is proposed. Using the Chapman-Enskog expansion and multi-scale technique, we obtain the higher-order moments of equilibrium distribution function. A simple traffic light problem is simulated by using the present lattice Boltzmann model, and the result agrees well with analytical solution.
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提出了用于Burgers方程的格子Boltzmann模型。应用Chapman-Enskog展开和多重尺度技术,通过选择平衡态分布函数的高阶矩,得到了几种精度的Burgers方程,模型中的参数通过分析耗散性质和色散性质给出。
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In this paper, we apply our compressible lattice Boltzmann model to a rotating parabolic coordinate system to simulate Rossby vortices emerging in a layer of shallow water flowing zonally in a rotating paraboloidal vessel. By introducing a scaling factor, nonuniform curvilinear mesh can be mapped to a flat uniform mesh and then normal lattice Boltzmann method works. Since the mass per unit area on the two-dimensional (2D) surface varies with the thickness of the water layer, the 2D flow seems to be "compressible" and our compressible model is applied. Simulation solutions meet with the experimental observations qualitatively. Based on this research, quantitative solutions and many natural phenomena simulations in planetary atmospheres, oceans, and magnetized plasma, such as the famous Jovian Giant Red Spot, the Galactic Spiral-vortex, the Gulf Stream, and the Kuroshio Current, etc,, can be expected.