×

平流Cahn-Hilliard方程的等几何分析:剪切流下的旋节分解。 (英语) Zbl 1311.76069号

摘要:我们使用平流Cahn-Hilliard方程(一个刚性的非线性抛物线方程,其特征是存在四阶空间导数)对剪切流中二元流体的旋节分解进行了数值研究。我们的数值求解过程基于等几何分析,这是一种采用高阶连续基函数的近似技术。这些基函数允许我们直接离散对流Cahn-Hilliard方程,而无需使用混合公式。我们给出了二维矩形区域和三维矩形区域的稳态解。我们还提出了二维Taylor-Couette电池的稳态解。为了在这个曲线域中实施周期边界条件,我们推导并使用了一个新的周期Bézier提取算子。我们进行了广泛的数值研究,显示了剪切速率、表面张力和畴的几何结构对二元流体相演化的影响。将理论和实验结果与我们的模拟进行了比较。

MSC公司:

76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
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
76F10层 剪切流和湍流
76T99型 多相多组分流动
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Adams Sobolev Spaces,R.A.,Sobolew Spaces(1975),学术出版社:纽约学术出版社·Zbl 0314.46030号
[2] 安德森,D.M。;麦克法登,G.B。;Wheeler,A.A.,流体力学中的扩散界面方法,《流体力学年度评论》,第30期,第139-165页(1998年)·Zbl 1398.76051号
[3] 巴达拉西,V.E。;Ceniceros,H.D。;Banerjee,S.,用相场模型计算多相系统,计算物理杂志,190,371-397(2003)·Zbl 1076.76517号
[4] 巴雷特,J.W。;布洛伊,J.F。;Garcke,H.,具有简并迁移率的Cahn-Hilliard方程的有限元近似,SIAM数值分析杂志,37286-318(1999)·Zbl 0947.65109号
[5] Bazilevs,Y。;Calo,V.M。;Cottrell,J.A。;休斯,T.J.R。;Reali,A。;Scovazzi,G.,《不可压缩流动大涡模拟的基于残差的变分多尺度湍流模型》,《应用力学与工程中的计算机方法》,197173-201(2007)·Zbl 1169.76352号
[6] Bazilevs,Y。;维加,L.B。;Cottrell,J.A。;休斯,T.J.R。;Sangalli,G.,《等几何分析:h精细网格的近似稳定性和误差估计》,《应用科学中的数学模型和方法》,第16期,第1031-1090页(2006年)·Zbl 1103.65113号
[7] 布兰科,C。;Schlick,C.,用NURBS精确参数化二次曲线,计算机图形与应用,16,64-71(1996)
[8] Borden,M.J。;斯科特,医学硕士。;Evans,J.A。;Hughes,T.J.R.,基于NURBS Bézier提取的等几何有限元数据结构,国际工程数值方法杂志,87,15-47(2010)·兹比尔1242.74097
[9] Boyer,F.,《不可压缩混合流研究的理论和数值模型》,《计算机与流体》,31,41-68(2002)·Zbl 1057.76060号
[10] 汉堡,M。;Chu,S.Y。;马科维奇,P.A。;Schönlieb,C.B.,《Cahn-Hilliard方程中的Willmore泛函和不稳定性》,《数学科学中的通信》,6309-329(2008)·Zbl 1154.35009号
[11] 卡恩,C.K。;佩罗,F。;Beysens,D.,《流体动力学对生长的影响:均匀剪切流下的旋节分解》,《物理评论快报》,61(2008)
[12] Cahn,J.W.,《关于旋节分解》,《金属学报》,9795-801(1961)
[13] 卡恩,J.W。;Hilliard,J.E.,界面自由能。I.非均匀体系的自由能,化学物理杂志,28,258-267(1958)·Zbl 1431.35066号
[14] 卡恩,J.W。;Hilliard,J.E.,非均匀系统的自由能。三、 双组分不可压缩流体中的成核,化学物理杂志,31,688-699(1959)
[15] Chen,L.Q.,微观结构演化的相场模型,材料研究年度回顾,32,113-140(2002)
[16] 陈,X。;牛,L。;Shi,H.,静态剪切流作用下二元脂质膜相分离的数值模拟,生物物理化学,135,84-94(2008)
[17] 钟,J。;Hulbert,G.M.,《改进数值耗散的结构动力学时间积分算法:广义-(α)方法》,应用力学杂志,60,371-375(1993)·Zbl 0775.73337号
[18] Cottrell,J.A。;休斯,T.J.R。;Bazilevs,Y.,《等几何分析:走向CAD和FEA的集成》(2009),John Wiley and Sons·兹比尔1378.65009
[19] Cottrell,J.A。;休斯,T.J.R。;Real,A.,等几何结构分析中的精细化和连续性研究,应用力学和工程中的计算机方法,1964160-4183(2007)·Zbl 1173.74407号
[20] Cueto-Felgueroso,L。;Peraire,J.,Cahn-Hilliard和Kuramoto-Sivashinsky方程的时间自适应有限体积法,计算物理杂志,2279985-10017(2008)·Zbl 1153.76043号
[21] Dedè,L。;Borden,M.J。;Hughes,T.J.R.,用相场模型进行拓扑优化的等几何分析,工程计算方法档案,19427-465(2012)·Zbl 1354.74224号
[22] Derks,D。;阿尔茨,D.G.A.L。;波恩,D。;Imhof,A.,剪切流中的相分离胶体聚合物混合物,《物理学杂志:凝聚物质》,第20期,第412-416页(2008年)
[23] 丁·H。;斯佩尔特,P.D.M。;Shu,C.,大密度比不可压缩两相流的扩散界面模型,计算物理杂志,2262078-2095(2007)·Zbl 1388.76403号
[24] Elliott,C.M。;法语,D.A。;Milner,F.A.,Cahn-Hilliard方程的二阶分裂方法,数值数学,54,575-590(1989)·兹伯利0668.65097
[25] Elliott,C.M。;Garcke,H.,关于简并迁移率的Cahn-Hilliard方程,SIAM数学分析杂志,27404-423(1996)·Zbl 0856.35071号
[26] 埃利奥特,C.M。;宋木,Z.,《关于卡恩-海拉德方程》,《理性力学与分析档案》,96,339-357(1986)·Zbl 0624.35048号
[27] 恩格尔,G。;Garikipati,K。;休斯,T.J.R。;Larson,M.G。;Mazzei,L。;Taylor,R.L.,结构力学和连续力学中四阶椭圆问题的连续/不连续有限元近似及其在薄梁和板以及应变梯度弹性中的应用,应用力学和工程中的计算机方法,1913669-3750(2002)·Zbl 1086.74038号
[28] Evans,J.A。;Bazilevs,Y。;巴布斯卡,I。;Hughesm,T.J.R.,n-等几何有限元法k版的宽度超限和优化比,应用力学和工程中的计算机方法,1981726-1741(2009)·Zbl 1227.65093号
[29] Fife,P.C.,相分离模型及其数学,微分方程电子杂志,48,1-26(2000)·Zbl 0957.35062号
[30] 藤冈,K。;Takebe,T。;Hashimoto,T.,剪切诱导聚合物混合物半稀溶液均匀化II。成分依赖性,化学物理杂志,98,717-729(1992)
[31] Gómez,H。;Calo,V.M。;Bazilevs,Y。;Hughes,T.J.R.,Cahn-Hilliard相场模型的等几何分析,应用力学和工程中的计算机方法,197,4333-4352(2008)·Zbl 1194.74524号
[32] Gómez,H。;Hughes,T.J.R.,相场模型的可证明无条件稳定、二阶时间精度混合变分方法,计算物理杂志,230,4,5310-5327(2011)·Zbl 1419.76439号
[33] Gómez,H。;休斯,T.J.R。;诺古埃拉,X。;Calo,V.M.,Navier-Stokes-Korteweg方程的等几何分析,应用力学和工程中的计算机方法,1991828-1840(2010)·Zbl 1231.76191号
[34] Gurtin,M.E。;Polignone,D。;Vinals,J.,用序参数描述的两相二元流体和不混溶流体,应用科学中的数学模型和方法,6(1996)·Zbl 0857.76008号
[35] 桥本,T。;Matsuzaka,K。;摩西·E。;Onuki,A.,剪切流下相分离流体中的串相,《物理评论快报》,74126-129(1995)
[37] 何德强。;Nauman,E.B.,关于二元聚合物共混物在剪切流下的旋节分解,化学工程科学,52481-496(1997)
[38] He,L.P。;Liu,Y.,Cahn Hilliard方程的一类稳定谱方法,计算物理杂志,2285101-5110(2009)·Zbl 1168.65399号
[39] 何毅。;刘,Y。;Tang,T.,关于Cahn-Hilliard方程的大时间步长方法,应用数值数学,57616-628(2007)·兹比尔1118.65109
[40] Hughes,T.J.R.,《有限元方法:线性静态和动态有限元分析》(2000),多佛出版社:纽约州米诺拉市多佛出版社·Zbl 1191.74002号
[41] 休斯,T.J.R。;Cottrell,J.A。;Bazilevs,Y.,等几何分析:CAD,有限元,NURBS,精确几何和网格细化,应用力学和工程中的计算机方法,194,4135-4195(2005)·Zbl 1151.74419号
[42] Jackmin,D.,使用相场建模计算两相Navier-Stokes流,计算物理杂志,15596-127(1999)·Zbl 0966.76060号
[43] Jamet,D。;O.勒贝格。;库特里斯,N。;Delhaye,J.M.,带相变的液相-气相流动直接数值模拟的第二梯度法,计算物理杂志,169,624-651(2001)·Zbl 1047.76098号
[44] Jansen,K.E。;怀特,C.H。;Hulbert,G.M.,用稳定有限元法积分滤波Navier-Stokes方程的广义-(α)方法,应用力学和工程中的计算机方法,190,305-319(2000)·Zbl 0973.76048号
[45] 利普顿,S。;Evans,J.A。;Bazilevs,Y。;Elguedj,T。;Hughes,T.J.R.,《严重网格畸变下等几何结构离散的稳健性》,《应用力学与工程中的计算机方法》,199,357-373(2009)·Zbl 1227.74112号
[46] Lowengrub,J。;Truskinovsky,L。;准不可压缩Cahn-Hilliard流体;拓扑变换,《皇家学会学报A》,4542617-2654(1998)·Zbl 0927.76007号
[47] 莫迪卡,L.,相变梯度理论和最小界面准则,《理性力学和分析档案》,98,123-142(1987)·Zbl 0616.76004号
[48] 路易斯安那州纳雷市。;Thiffeault,J.,《气泡和细丝:搅拌Cahn-Hilliard流体》,《物理评论》E,75016216.1-016216.11(2007)
[49] Piegl,L。;Tiller,W.,《NURBS图书》(1997年),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约·Zbl 0868.68106号
[50] Quarteroni,A。;Sacco,R。;Saleri,F.,《数值数学》(2007),施普林格-弗拉格:柏林施普林格·Zbl 0913.65002号
[51] 萨阿德,Y。;Schultz,M.H.,GMRES:求解非对称线性系统的广义最小残差算法,SIAM科学与统计计算杂志,7856-869(1986)·Zbl 0599.65018号
[52] Soriano-Vargas,O。;阿维拉·达维拉,E.O。;Lopez-Hirata,V.M。;N.Cayetano-Castro;Gonzales-Velazquez,J.L.,旋节分解对Fe-Cr合金力学行为的影响,材料科学与工程A,527,2910-2914(2010)
[53] Stogner,R.H。;Carey,G.F.,自适应有限元方法中的宏元素,国际工程数值方法杂志,701076-1095(2007)·Zbl 1194.76141号
[54] 斯特拉特福德,K。;德斯普拉特,J.-C。;斯坦塞尔,P。;Cates,M.E.,《三维稳态剪切下的二元流体》,《物理评论》E,76(2007)
[55] Thakre,A.K。;den Otter,W.K。;帕丁,J.T。;Briels,W.J.,用分子动力学模拟微库特几何中不对称二元流体的Spinodal分解,化学物理杂志,129(2008)
[56] 范德泽,K.G。;Tinsley Oden,J。;普鲁德霍姆,S。;Hawkins-Daarud,A.,二元相变Cahn-Hilliard模型的面向目标误差估计,偏微分方程的数值方法,27,160-196(2011)·Zbl 1428.35398号
[57] 瓦格纳,A.J。;Yeomans,J.M.,二维二元流体剪切下的相分离,《物理评论》E,59,4366-4373(1999)
[58] 威尔斯,G.N。;科尔,E。;Garikipati,K.,Cahn-Hilliard方程的间断Galerkin方法,计算物理杂志,218860-877(2006)·Zbl 1106.65086号
[59] O.沃多。;Ganapathysubramanian,B.,《Cahn-Hilliard方程的计算有效解:自适应隐式时间方案、网格敏感性分析和三维等周问题》,计算物理杂志,230,6037-6060(2011)·Zbl 1416.65364号
[60] 岳,P。;Feng,J.J。;刘,C。;沈J.,《模拟复杂流体两相流的扩散界面法》,《流体力学杂志》,515293-317(2004)·Zbl 1130.76437号
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。