巴斯蒂安·迪特曼;卡夫、托尔斯滕;哈拉尔德·克鲁格尔·埃姆登;Bierwisch，Claas公司 高粘性流体中任意形状刚体的平滑粒子流体力学方案。 （英语） Zbl 07785539号 J.计算。物理：X（X） 8，文章ID 100068，25 p.（2020）. 小结：我们提出了一种光滑粒子流体动力学（SPH）方案，适用于模拟高粘性流体中任意形状刚体的空间分辨流动。通过用SPH颗粒表示流体和固相，避免了与其他方法的耦合。该方案由两个元素组成，一个隐式粘度求解器和一个刚体求解器，这两个元素均改编自现有文献。我们将介绍如何轻松地将这两种方法结合起来，并且只需进行少量修改。本文提出的方案可用于模拟具有代表性的体积元，其中可以在由伸长和/或剪切条件组成的定义速度梯度中研究刚体的运动。该方案只需要通过粒子移动来稳定。然而，这会导致流体和刚体之间的边界失去精确的动量和能量守恒。显示了二维和三维模拟的结果，包括具有现有分析解的学术案例和各种形状刚体半稀释悬浮的工业相关案例。 MSC公司： 7.6亿 流体力学的基本方法 76天xx 不可压缩粘性流体 6500万 偏微分方程、初值和含时初边值问题的数值方法 关键词：悬架建模;隐式粘度求解器;代表性体积元素;Lees-Edwards剪切细胞;拉伸流动 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{B.Dietemann}等人，《计算杂志》。物理：X 8，文章ID 100068，25 p.（2020；Zbl 07785539） 全文： 内政部 OA许可证 参考文献： [1] 费斯，M。；Valkenaers，H。；Vogeler，F。；Vleugels，J。；Ferraris，E.，陶瓷组件的基于挤压的3D打印。程序。CIRP，76-81（2015） [2] 施洛特，T。；Keppner，F。；特拉维茨基，N。；Greil，P.，氧化铝晶格桁架结构的机器人铸造。J.塞拉姆。科学。技术。，2, 81-88 (2012) [3] Schlordt，T.公司。；Schwanke，S。；Keppner，F。；Fey，T。；特拉维茨基，N。；Greil，P.，氧化铝中空纤维晶格结构的机器人铸造。《欧洲癌症杂志》。Soc.，15-16，3243-3248（2013） [4] 傅，Z。；弗雷哈特，M。；施洛特，T。；Fey，T。；卡夫，T。；格雷尔，P。；Travitzky，N.，《使用共挤的碳铝核壳复合材料的机器人铸造》。《快速成型》J.，2423-433（2017） [5] 傅，Z。；弗雷哈特，M。；沃尔，L。；Fey，T。；格雷尔，P。；Travitzky，N.，通过自动定位进行氧化铝陶瓷的微观和宏观设计。《欧洲癌症杂志》。Soc.，93115-3124（2017年） [6] 沃尔夫斯，R.J.M。；Suiker，A.S.J.，基于挤压的3D打印过程中的结构失效。国际先进制造技术杂志。，3, 136 (2019) [7] 康米纳尔，R.B。；Serdeczny，M.P。；Pedersen，D.B。；Spangenberg，J.，挤出型添加剂制造中铸坯沉积流的数值模拟。制造，68-76（2018） [8] 科塔斯，C。；Asendrych，D。；加西亚，F。；Faia，P。；Graça Rasteiro，M.，湍流纤维悬浮流的CFD模拟——一种改进的近壁处理。工程应用。计算。流体力学。，1, 233-246 (2015) [9] 海勒，B.P。；Smith，医学博士。；Jack，D.A.，挤出胀大和喷嘴几何形状对熔融长丝制造喷嘴流中纤维取向的影响。艾迪特。制造，252-264（2016） [10] Lin，W。；Sun，S。；袁，F。；Shen，S.，湍流圆形射流中纤维悬浮的数值模拟和可视化。申请。数学。机械。，12, 1651-1662 (2017) [11] 梅森，G。；Hrymak，A.N.，挤压流动中的二维长柔性纤维取向模拟。波利姆。组成。，12, 4656-4665 (2018) [12] Sun，P.N。；Colagrossi，A。；马龙，S。；Zhang，A.M.，（δ）plus-SPH模型：进一步改进SPH方案的简单程序。计算。方法应用。机械。工程，25-49（2017）·Zbl 1439.76133号 [13] Gingold，R.A。；Monaghan，J.J.，《平滑粒子流体动力学：非球形恒星的理论和应用》。周一。不是。R.阿斯顿。《社会学杂志》，第3375-389页（1977年）·Zbl 0421.76032号 [14] Lucy，L.B.，裂变假说测试的数值方法。阿童木。J.，1013（1977年） [15] 沙德鲁，M.S。；奥格，G。；Le Touzé，D.，流体流动的平滑粒子流体动力学方法，走向工业应用：动机、现状和挑战。计算。流体，11-34（2016）·Zbl 1390.76764号 [16] 希伯，S.E。；Koumoutsakos，P.，自行式游泳运动员光滑粒子流体动力学的浸入边界方法。J.计算。物理。，19, 8636-8654 (2008) ·Zbl 1227.76052号 [17] 马龙，S。；Colagrossi，A。；安托诺，M。；科利奇奥，G。；Graziani，G.，《低雷诺数和中等雷诺数下物体周围粘性流动的精确SPH模型》。J.计算。物理。，456-475 (2013) ·Zbl 1349.76715号 [18] Yang，P.等人。；Xiang，J。；方，F。；帕夫利迪斯，D。；Latham，J.-P。；Pain，C.C.，使用浸没体方法模拟流体-结构与多相粘性流的相互作用。J.计算。物理。，571-592 (2016) ·Zbl 1349.76291号 [19] 梅斯特，M。；Rezavand先生。；埃布纳，C。；Pümpel，T。；Rauch，W.，通过叶轮和泵送再循环在厌氧消化池中混合非牛顿流。高级工程师软件。，194-203 (2018) [20] 阿玛罗，R.A。；Cheng，L.-Y。；Osello，P.H.S.，基于颗粒的非光滑墙建模刚体接触的改进。计算。第部分。机械。，3, 375 (2019) [21] Nasar，A。；罗杰斯，B.D。；Revell，A。；Stansby，P.K。；Lind，S.J.，欧拉弱可压缩光滑粒子流体动力学（SPH），细长体浸没边界法。J.流体结构。，263-282 (2019) [22] Antoci，C。；加拉蒂，M。；Sibilla，S.，SPH流体-结构相互作用的数值模拟。计算。结构。，11-14, 879-890 (2007) [23] 哈耶，A。；后藤，H。；Falahaty，H。；Shimizu，Y.，《模拟不可压缩流体-弹性结构相互作用的增强ISPH-SPH耦合方法》。计算。物理学。社区。，139-164 (2018) ·Zbl 07694794号 [24] 崔永平。；Heng，P.-A.，血管内模拟中血管与血液相互作用的无网格流变模型。掠夺。生物物理学。分子生物学。，2-3, 252-261 (2010) [25] Kajtar，J.B。；Monaghan，J.J.，《游泳相关物体的SPH模拟》。J.计算。物理。，19, 8568-8587 (2008) ·Zbl 1196.76026号 [26] 张，Z.L。；Long，T。；Chang，J.Z。；Liu，M.-B.，一种用于模拟具有较大流体变形的流体-结构相互作用问题的平滑粒子元方法（SPEM）。计算。方法应用。机械。工程，261-293（2019）·Zbl 1441.76097号 [27] 波塔波夫公司。；亨特，M.L。；Campbell，C.S.，《使用平滑粒子流体动力学和离散元方法的液固流动》。粉末技术。，2-3, 204-213 (2001) [28] 克利里，P.W。；希尔顿·J·E。；Sinnott，M.D.，《工业颗粒和多相流建模》。粉末技术。，232-252 (2017) [29] 坎内拉斯，R.B。；克雷斯波，A.J。；Domínguez，J.M。；费雷拉，R.M。；Gómez-Gesteira，M.，自由表面固液流动中任意几何形状的SPH-DCDEM模型。计算。物理学。社区。，131-140 (2016) [30] 钟伟。；Yu，A。；刘，X。；唐，Z。；Zhang，H.，非球形颗粒系统的DEM/CFD-DEM建模：理论发展和应用。粉末技术。，108-152 (2016) [31] 哈希米，M.R。；Fatehi，R。；Manzari，M.T.，牛顿流体流动中模拟刚体运动的改进SPH方法。Int.J.非线性机械。，6, 626-638 (2012) [32] 卞，X。；Ellero，M.，《浓缩颗粒悬浮液SPH模拟的分裂积分方案》。计算。物理学。社区。，1, 53-62 (2014) ·Zbl 1344.65033号 [33] 卞，X。；利特维诺夫，S。；Ellero，M。；Wagner，N.J.，《密闭条件下颗粒悬浮液的流体动力剪切增稠》。J.非牛顿。流体力学。，39-49 (2014) [34] 库兹金，V.A。；克里夫佐夫，A.M。；林科夫，A.M.，水力压裂中使用的流体-聚丙烯混合物有效粘度的计算机模拟。J.Min.Sci。，1, 1-9 (2014) [35] 新南威尔士州马提斯。；乔治·W·L。；Chun，B.-W。；Lootens，D.，《具有空间相关粘度的光滑粒子流体动力学流体模型：非牛顿流体基质悬浮液流动的应用》，《流变学》。《学报》，101059-1069（2010） [36] 哈希米，M.R。；Fatehi，R。；Manzari，M.T.，悬浮在Oldroyd-B流体剪切流中的相互作用固体的SPH模拟。J.诺恩-纽顿。流体力学。，21-22, 1239-1252 (2011) ·Zbl 1282.76181号 [37] Polfer，P。；卡夫，T。；Bierwisch，C.，《使用平滑粒子流体动力学的悬浮建模：粘度公式和悬浮体动力学的准确性》。申请。数学。型号。，4, 2606-2618 (2016) ·Zbl 1452.76257号 [38] Dong，X。；李，Z。；江，C。；Liu，Y.，含磨料刚体冲击射流的平滑粒子流体动力学（SPH）模拟。计算。第部分。机械。，3, 479-501 (2019) [39] 范，X.-J。；Tanner，R.I。；Zheng，R.，非牛顿成型流动的平滑粒子流体动力学模拟。J.诺恩-纽顿。流体力学。，5-6, 219-226 (2010) ·Zbl 1274.76022号 [40] 韩，Y.-W。；Qiang，H.-F。；黄，Q。；Zhao，J.，用于模拟幂律流体自由表面流动的改进隐式SPH方法。科学。中国，Technol。科学。，10, 2480-2490 (2013) [41] 高桥，T。；Y.多巴什。；富士郎，I。；西塔，T。；Lin，M.C.，SPH基粘性流体的隐式公式。计算。图表。论坛，2493-502（2015） [42] Peer，A。；伊姆森，M。；科内利斯，J。；Teschner，M.，SPH流体的隐式粘度公式。ACM事务处理。图表。，4, 114:1-114:10 (2015) [43] 张，A.-m。；太阳，P.-n。；明，F.-r。；Colagrossi，A.，平滑粒子流体动力学及其在流体-结构相互作用中的应用。J.水力学。，2, 187-216 (2017) [44] Hopp-Hirschler，M。；Nieken，U.，真正不可压缩SPH中的完全隐式时间积分。欧洲物理学会。J.规格顶部。，14, 1501-1514 (2019) [45] 森川，D。；Asai，M。；Idris，N。；伊莫托，Y。；Isshiki，M.，使用全隐式SPH方法改进高粘性流体模拟。计算。第部分。机械。，2, 1013 (2019) [46] Omelyan Igor，P.，《刚性多原子运动的数值积分：修正的四元数方法》。J.计算。物理。，1, 97-103 (1998) [47] Wendland，H.，分段多项式，正定和紧支撑的最小次径向函数。高级计算。数学。，1, 389-396 (1995) ·Zbl 0838.41014号 [48] Monaghan，J.J.，用SPH模拟自由表面流动。J.计算。物理。，2, 399-406 (1994) ·Zbl 0794.76073号 [49] Monaghan，J.J.，《平滑粒子流体动力学》。每年。阿斯顿牧师。天体物理学。，1, 543-574 (1992) [50] 克利里，P.W。；普拉卡什，M。；达斯·R。；Ha，J.，使用SPH对金属锻件进行建模。申请。数学。型号。，8, 3836-3855 (2012) ·Zbl 1252.74009号 [51] 坎达尔，P.A。；斯特拉克，O.D.L.，颗粒组件的离散数值模型。《岩土工程》，147-65（1979） [52] 巴萨，M。；新泽西州昆兰。；Lastiwka，M.，粘性流SPH公式的稳健性和准确性。国际期刊数字。《液体方法》，101127-1148（2009）·Zbl 1419.76518号 [53] 邵，S。；Lo，E.Y.，《模拟具有自由表面的牛顿和非牛顿流动的不可压缩SPH方法》。高级水资源。，7, 787-800 (2003) [54] 莫里斯，J.P。；福克斯·P·J。；Zhu，Y.，使用SPH模拟低雷诺数不可压缩流。J.计算。物理。，1, 214-226 (1997) ·Zbl 0889.76066号 [55] Colagrossi，A。；Landrini，M.，光滑粒子流体动力学对界面流动的数值模拟。J.计算。物理。，2, 448-475 (2003) ·Zbl 1028.76039号 [56] 林德·S·J。；Xu，R。；Stansby，P.K。；Rogers，B.D.，《自由表面流动的不可压缩平滑粒子流体动力学：用于脉冲流和传播波稳定性和验证的基于扩散的通用算法》。J.计算。物理。，4, 1499-1523 (2012) ·Zbl 1286.76118号 [57] 哈耶，A。；后藤，H。；Shimizu，Y.，两种粒子正则化方案的精度和守恒性的比较研究，以及ISPH背景下优化粒子移位方案的建议。J.计算。物理。，236-256 (2017) ·Zbl 1378.76094号 [58] 黄，C。；张，D.H。；石永新。；Si，Y.L。；Huang，B.，将有限粒子方法与改进的粒子移位技术相结合。国际期刊数字。方法工程，2179-207（2018） [59] 艾伦，M.P。；Tildesley，D.J.，《液体的计算机模拟》（1990），牛津科学出版社，克拉伦登出版社：牛津科学出版社·Zbl 0703.68099号 [60] 新南威尔士州马提斯。；Mountain，R.D.，基于耗散颗粒动力学悬浮模型的Velocity Verlet算法。物理学。E版，3，3733-3736（1999） [61] Hess，B.，通过分子动力学模拟确定模型液体的剪切粘度。化学杂志。物理。，1, 209 (2002) [62] Jeffery，G.B.，《浸没在粘性流体中的椭球粒子的运动》。程序。R.Soc.A，数学。物理学。工程科学。，715, 161-179 (1922) [63] Jezek，J.，粘性流中刚性三轴椭球体颗粒运动建模软件。计算。地质科学。，3, 409-424 (1994) [64] Batchelor，G.K.，《流体动力学导论》（2000），剑桥大学出版社：剑桥大学出版社·Zbl 0152.44402号 [65] Posch，H.A。；胡佛，W.G。；Kum，O.，通过非平衡分子动力学和光滑粒子应用力学的稳态剪切流。物理学。版本E，21711-1720（1995） [66] Ellero，M。；埃斯帕诺，P。；Adams，N.A.，平滑粒子流体动力学中的隐式原子粘度。物理学。E版（2010年） [67] Bierwisch，C。；Polfer，P.，平滑粒子流体动力学中隐式粘度的标度定律。EPJ网络会议（2017） [68] Sierou，A。；Brady，J.F.，《加速斯托克斯动力学模拟》。流体力学杂志。，115-146 (2001) ·Zbl 1045.76034号 [69] Thomas，D.G.，《悬浮液的运输特性：VIII》。关于均匀球形粒子牛顿悬浮液粘度的注记。胶体科学杂志。，3, 267-277 (1965) [70] Bertevas，E。；风扇，X。；Tanner，R.I.，牛顿流体中扁球形颗粒悬浮液流变特性的模拟。聚乙二醇。《学报》，153-73（2010） [71] 托菲吉，N。；Ozbulut，M。；Rahmat，A。；Feng，J.J。；Yildiz，M.，流体中刚体运动的不可压缩平滑粒子流体动力学方法。J.计算。物理。，207-220 (2015) ·兹比尔1349.76742 [72] Vicent，S。；德莫塔，杰尔盖·塞萨尔·布伦德尔；亚瑟·萨尔古；Estialezes，Jean-Luc；Olivier Simonin；Climent，Eric，解析粒子流DNS的拉格朗日VOF张量惩罚方法。J.计算。物理。，582-614 (2014) ·Zbl 1349.76865号 [73] 阿德瓦尼，S.G。；Tucker，C.L.，压缩成型中短纤维取向的数值模拟。波利姆。组成。，3, 164-173 (1990) [74] Bertevas，E。；Férec，J。；Khoo，B.C。；Ausias，G。；Phan Thien，N.，3D打印过程中纤维取向的平滑粒子流体动力学（SPH）建模。物理学。流体，10（2018）·Zbl 1423.74236号 [75] 特拉斯克，N。；马克西，M。；Kim，K。；佩雷戈，M。；Parks，M.L。；Yang，K。；Xu，J.，非定常低雷诺数流动的可扩展一致二阶SPH求解器。计算。方法应用。机械。工程，155-178（2015）·Zbl 1423.76372号 [76] van Liedekerke，P。；Smeets，B。；奥登塔尔，T。；Tijskens，E。；Ramon，H.，在SPH中使用Stokes方程求解微观流动问题。计算。物理学。社区。，7, 1686-1696 (2013) 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。