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基于二次型的能量稳定边界条件:应用于不可压缩流中的流出/开放边界问题。 (英语) Zbl 1452.76099号

摘要:我们提出了一组新的能量稳定的开放边界条件,用于处理不可压缩流流出/开放边界问题模拟中的回流不稳定性。这些边界条件通过两个步骤得到:(i)设计一种通用形式的边界条件,通过将边界贡献按照对称矩阵重新形成二次形式,并计算相关的特征值问题,从而确保能量稳定性;以及(ii)要求在从上一步施加边界条件时,边界耗散的规模应与物理规模相匹配。这些开放边界条件可以重新转换为牵引型条件的形式,因此可以使用以前工作中的分裂型算法进行数值实现。当前边界条件可以有效克服中高雷诺数下通常遇到的回流不稳定性。一般来说,它们会对整个开放边界产生非零牵引力,这与以前的相关方法不同,这些方法只在边界回流区有效。在二维和三维进行了大量的数值实验,以测试所提出方法的有效性和性能,并将模拟结果与可用的实验数据进行了比较,以证明其准确性。

MSC公司:

76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
15甲18 特征值、奇异值和特征向量
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性
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参考文献:

[1] Bazilevs,Y。;Hohean,J.R。;休斯·T·J·R。;莫瑟,R.D。;Zhang,Y.,因植入Jarvik 2000左心室辅助装置而导致的热性主动脉血流的患者特异性等几何流体-结构相互作用分析,计算机。方法应用。机械。工程,198,3534-3550(2009)·Zbl 1229.74096号
[2] 贝尔托格里奥,C。;Caiazzo,A.,《血流动力学中回流稳定的切向正则化方法》,J.Compute。物理。,261, 162-171 (2014) ·Zbl 1349.76180号
[3] Bertoglio,C。;Caiazzo,A.,《应用于生理流的斯托克斯剩余回流稳定方法》,J.Compute。物理。,313, 260-278 (2016) ·Zbl 1349.65436号
[4] Bertoglio,C。;Caiazzo,A。;Bazilevs,Y。;布拉克,M。;Esmaily,M。;格雷夫迈耶,V。;Marsden,A.L。;Pironeau,O。;Vignon Clementel,I.E。;Wall,W.A.,《开放边界回流数值处理的基准问题》,国际数值杂志。方法生物识别。Eng.,34,文章e2918 pp.(2018)
[5] 布拉克,M。;Mucha,P.B.,Navier-Stokes方程的定向do-nothing条件,J.Compute。数学。,32, 507-521 (2014) ·Zbl 1324.76015号
[6] 文莱,C.-H。;Fabrie,P.,《不可压缩Navier-Stokes方程的有效下游边界条件》,《国际数值杂志》。方法流体,19693-705(1994)·Zbl 0816.76024号
[7] 文莱,C.-H。;Fabrie,P.,《不可压缩Navier-Stokes方程的新有效边界条件:一个良好的结果》,数学。模型。数字。分析。,30, 815-840 (1996) ·Zbl 0865.76016号
[8] Dong,S.,湍流Taylor-Couette流动的直接数值模拟,J.流体力学。,587, 373-393 (2007) ·Zbl 1141.76411号
[9] Dong,S.,用相场方法求解不可压缩两相流的流出边界条件和算法,J.Compute。物理。,266, 47-73 (2014) ·兹比尔1362.76060
[10] Dong,S.,《模拟不可压缩流动的类对流能量稳定开放边界条件》,J.Compute。物理。,302, 300-328 (2015) ·Zbl 1349.76197号
[11] Dong,S。;Karniadakis,G.E.,在(R E=10000)时通过静止和摆动圆柱体的流体的DNS,流体结构杂志。,20, 14-23 (2005)
[12] Dong,S。;Karniadakis,G.E。;Chryssostomidis,C.,《严重截断无界区域上不可压缩流动模拟的稳健且准确的流出边界条件》,J.Compute。物理。,261, 83-105 (2014) ·Zbl 1349.76569号
[13] Dong,S。;Karniadakis,G.E。;Ekmekci,A。;罗克韦尔,D.,《近尾迹湍流的DNS-PIV联合研究》,J.流体力学。,569, 185-207 (2006) ·Zbl 1177.76156号
[14] Dong,S。;沈,J.,不可压缩流动能量稳定开放边界条件广义形式的压力修正格式,J.计算。物理。,291, 254-278 (2015) ·Zbl 1349.76198号
[15] Dong,S。;Wang,X.,开放边界不可压缩两相流的旋转压力修正方案,PLoS ONE,11,5,文章e0154565 pp.(2016)
[16] 费斯塔尔,M。;Neubota,T.,关于粘性不可压缩流通过具有任意大流入量的叶栅的弱解的存在性,J.Math。流体力学。,15, 701-715 (2013) ·Zbl 1293.35204号
[17] Finn,R.K.,《低雷诺数下圆柱阻力的测定》,J.Appl。物理。,24, 771-773 (1953)
[18] Fouchet-Incoux,J.,《不可压缩Navier-Stokes方程的人工边界和公式》。空气和血液流动应用,SeMA J.,64,1-40(2014)·Zbl 1314.76022号
[19] 新南威尔士州Ghaisas。;Shetty,D.A。;Frankel,S.H.,湍流水平浮力射流的大涡模拟,J.Turbul。,16, 772-808 (2015)
[20] 格雷夫迈耶,V。;Comerford,A。;Yoshihara,L。;伊斯梅尔,M。;Wall,W.A.,《生物力学中Neumann流入边界条件的新公式》,国际期刊Numer。方法生物识别。工程,28,560-573(2012)·Zbl 1243.92016年
[21] Gresho,P.M.,《不可压缩流体动力学:一些基本公式问题》,年。流体力学版次。,23, 413-453 (1991) ·兹比尔0717.76006
[22] 海伍德,J.G。;兰纳彻,R。;Turek,S.,《人工边界与通量和压力:不可压缩Navier-Stokes方程的条件》,国际期刊Numer。《液体方法》,22,325-352(1996)·Zbl 0863.76016号
[23] 伊斯梅尔,M。;格雷夫迈尔,V。;Comerford,A。;Wall,W.A.,基于新型压力-流率或仅压力Neumann边界条件公式的多维心血管和肺网络耦合的稳定方法,国际期刊Numer。方法生物识别。工程,30,447-469(2014)
[24] Karniadakis,G.E。;Sherwin,S.J.,《计算流体动力学的谱/hp元素方法》(2005),牛津大学出版社·Zbl 1116.76002号
[25] 兰岑多夫,M。;Stebel,J.,关于粘性依赖于压力和剪切速率的不可压缩流体稳定流动的压力边界条件,应用。数学。,56, 265-285 (2011) ·Zbl 1224.35347号
[26] Moghadam,M.E。;Bazilevs,Y。;夏,T.-Y。;Vignon Clementel,I.E。;Marsden,A.L.,《防止回流发散的出口边界处理与血流模拟的相关性比较》,计算。机械。,48, 277-291 (2011) ·Zbl 1398.76102号
[27] 诺伯格,C.,《圆柱体上的脉动升力:回顾和新测量》,《流体结构杂志》。,17, 57-96 (2003)
[28] Nordstrom,J.,《计算物理中适定和稳定问题的路线图》,J.Sci。计算。,71, 365-385 (2017) ·Zbl 06849361号
[29] Nordstrom,J。;Cognata,C.L.,非线性不可压缩Navier-Stokes方程的能量稳定边界条件,数学。计算。,88, 665-690 (2019) ·Zbl 1405.65107号
[30] Porpora,A。;Zunino,P。;Vergara,C。;Piccinelli,M.,《用边界条件的数值处理来代替血流动力学中的分支》,国际期刊《数值》。方法生物识别。工程,28,1165-1183(2012)
[31] Roshko,A.,《高雷诺数下圆柱绕流实验》,J.流体力学。,10, 345-356 (1961) ·兹伯利0109.43702
[32] 萨尼,R.L。;Gresho,P.M.,《关于开边界条件minisymposium的简历和评论》,国际期刊Numer。液体方法,18,983-1008(1994)·Zbl 0806.76072号
[33] Sherwin,S.J。;Karniadakis,G.E.,三角形谱元方法:不可压缩Navier-Stokes方程的应用,计算。方法应用。机械。工程,123,189-229(1995)·Zbl 1075.76621号
[34] Tritton,D.J.,《低雷诺数圆柱绕流实验》,J.流体力学。,6, 547 (1959) ·Zbl 0092.19502号
[35] 瓦尔盖塞,S.S。;Frankel,S.H。;Fischer,P.F.,狭窄流动的直接数值模拟。第1部分:。Steday flow,J.流体力学。,582, 253-280 (2007) ·兹比尔1114.76075
[36] Wieselsberger,C.,《液体和空气阻力定律的最新声明》,Phys。Z.,22,321-328(1921)
[37] 威廉姆森,C.H.K.,《圆柱尾迹中的旋涡动力学》,年。Rev.流体。动态。,28, 477-539 (1996)
[38] 杨,Z。;Dong,S.,《N种不相容不可压缩流体的多相流:流出边界条件和算法》,J.Compute。物理。,366, 33-70 (2018) ·Zbl 1406.76085号
[39] 郑,X。;Dong,S.,《结构化谱元基于特征的高阶展开基础》,J.Compute。物理。,230, 8573-8602 (2011) ·Zbl 1352.76087号
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