This book is an introduction to the theory, practice, and implementation of the Lattice Boltzmann (LB) method, a powerful computational fluid dynamics method that is steadily gaining attention due to its simplicity, scalability, extensibility, and simple handling of complex geometries. The book contains chapters on the method's background, fundamental theory, advanced extensions, and implementation. To aid beginners, the most essential paragraphs in each chapter are highlighted, and the introductory chapters on various LB topics are front-loaded with special "in a nutshell" sections that condense the chapter's most important practical results. Together, these sections can be used to quickly get up and running with the method. Exercises are integrated throughout the text, and frequently asked questions about the method are dealt with in a special section at the beginning. In the book itself and through its web page, readers can find example codes showing how the LB method can be implemented efficiently on a variety of hardware platforms, including multi-core processors, clusters, and graphics processing units. Students and scientists learning and using the LB method will appreciate the wealth of clearly presented and structured information in this volume.

A textbook that is strong on basics but also includes in-depth descriptions of the latest applications of LBM Thorough chapter summaries, example codes, and an FAQ make this book suitable as both textbook and handbook for practitioners The book webpage gives the full code corresponding to the examples presented in the text

Autorentext
Matthias Bartelmann ist seit 2003 Professor für theoretische Astrophysik an der Universität Heidelberg. Für seine Vorlesungen zu verschiedenen Gebieten der theoretischen Physik und Astrophysik erhielt er 2008 und 2016 den Lehrpreis seiner Fakultät. Björn Feuerbacher hat in Heidelberg Physik studiert und dort am Institut für Theoretische Physik über ein Thema der Quantenfeldtheorie promoviert. Er arbeitet seit 2007 als Lehrer für Mathematik und Physik an der Friedrich-Fischer-Schule in Schweinfurt, einer beruflichen Oberschule. Timm Krüger hat in Bielefeld und Heidelberg Physik studiert und seine Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf geschrieben. Seit 2013 forscht er als Chancellor's Fellow an der Universität von Edinburgh. Dieter Lüst ist seit 2004 Professor für mathematische Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität in München und dort Direktor am Max-Planck-Institut für Physik. Sein besonderes Interesse gilt der Stringtheorie. Anton Rebhan war als Wissenschaftler mehrere Jahre an den Forschungszentren CERN (Genf) und DESY (Hamburg) tätig und ist seit 2008 Professor für theoretische Physik an der Technischen Universität Wien und Leiter der Arbeitsgruppe fundamentale Wechselwirkungen. Andreas Wipf hat in Zürich studiert und ist seit 1995 Professor für Quantentheorie an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena. Er forscht auf den Gebieten Quantenfeldtheorie, Quantenstatistik und Mathematische Physik.

Inhalt
Part I Background: Basics of hydrodynamics and kinetic theory.- Numerical methods for fluids.- Part II Lattice Boltzmann fundamentals: The lattice Boltzmann equation.- Analysis of the lattice Boltzmann equation.- Boundary and initial conditions.- Forces.- Non-dimensionalisation and choice of simulation parameters.- Part III Lattice Boltzmann extensions, improvements, and details: Lattice-Boltzmann for advection-diffusion-problems.- Multiphase and multi-component flows.- MRT and TRT collision operators.- Boundary conditions for fluid-structure interaction.- Sound waves.- Part IV Numerical implementation of the lattice Boltzmann method: Implementation of LB Simulations.- Appendices.