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一种用于非线性流体-流体相互作用的线性解耦分数时间步进方法。 (英语) Zbl 1423.76253号

摘要:本文提出并发展了一种线性解耦分数阶时间步长方法,用于求解由两个Navier-Stokes方程控制的非线性流体-流体相互作用。将分区时间步长法应用于耦合项刚度得到显式处理且无条件稳定的两物理问题。对于每种流体,速度和压力分别通过每一时间步长求解一个向量值的准椭圆方程和具有齐次Neumann边界条件的Possion方程来确定。因此,在求解四个简单的线性方程组时,流体-流体相互作用的成本占主导地位,这大大降低了整个系统的计算成本。该方法利用流体-流体系统的特性来建立其稳定性和收敛性,结果与标准方案相同。最后,通过数值实验验证了该方法的性能。

MSC公司:

76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
35兰特 分数阶偏微分方程
76T99型 多相多组分流动
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参考文献:

[1] C.Bernardi等人,两个耦合湍流流体的模型。第二部分:谱离散化的数值逼近,SIAM J.Num.Ana。第40卷(2003年)第2368-2394页·Zbl 1129.76327号
[2] D.Bresch,J.Koko,两种耦合Navier-Stokes流体数值模拟的算子分裂和拉格朗日乘子区域分解方法,国际期刊应用。数学。计算。科学。第16卷(2006),第419-429页·Zbl 1119.35346号
[3] J.Li,Y.He,Z.Chen,瞬态Navier-Stokes方程的一种新的稳定有限元方法,计算。方法应用。机械。《工程》第197卷(2007),第22-35页·Zbl 1169.76392号
[4] J.Li,L.Mei,Y.He,非平稳Stokes方程的压力泊松稳定有限元方法,以绕过inf‐sup条件,应用。数学。计算。第182卷(2006),第24-35页·Zbl 1119.65092号
[5] J.‐L.公司。Lions,R.Temam,S.Wang,大气和海洋耦合模型(CAO I),计算。机械。Advv.vol.1(1993),第1-54页·Zbl 0805.76011号
[6] J.‐L.公司。Lions,R.Temam,S.Wang,大气-海洋耦合模式的数值分析(CAO II),计算。机械。Advv.vol.1(1993)pp.55-119·Zbl 0805.76052号
[7] R.Li等人,基于两个局部高斯积分的耦合Stokes-Darcy稳定有限元方法,J.Compute。申请。数学。第292卷(2016),第92-104页·兹比尔1329.76181
[8] J.Li,J.Wang,X.Ye,斯托克斯方程稳定有限元方法的L2投影超收敛,国际数值杂志。分析。模型。第6卷(2009),第711-723页·Zbl 1499.65672号
[9] R.Temam,Navier-Stokes方程,理论和数值分析。第三版,北荷兰,阿姆斯特丹,1984年·Zbl 0568.35002号
[10] J.Connors,《流体-流体相互作用的基于集合的传统湍流模型》,国际期刊Numer。分析。国防部。第15卷(2018),第492-519页·Zbl 1395.76039号
[11] J.Connors,J.Howell,W.Layton,流体-流体相互作用的解耦时间步进方法,SIAM J.Num.Ana。第50卷(2012),第1297-1319页·Zbl 1457.65102号
[12] V.Girault,P.A.Raviart,《Navier-Stokes方程的有限元方法:理论和算法》,Springer‐Verlag,柏林,海德堡,1987年。
[13] M.Gunzburger,N.Jiang,M.Schneier,非平稳Navier-Stokes方程的高阶系综/本征正交分解方法,国际数值杂志。分析。国防部。第15卷(2018),第608-627页·兹比尔1402.35207
[14] X.He等人,Beavers-Joseph界面条件下稳态Navier-Stokes-Darcy模型的区域分解方法,SIAM J.Sci。公司。第37卷(2015)第264-290页·Zbl 1325.76119号
[15] J.G.Heywood,R.Rannacher,非平稳Navier-Stokes问题的有限元近似。第一部分:解的正则性和二阶空间离散化,SIAM J.Numer。分析。第19卷(1982),第275-311页·Zbl 0487.76035号
[16] J.G.Heywood,R.Rannacher,非平稳Navier-Stokes问题的有限元近似。第四部分:二阶时间离散化的误差分析,SIAM J.Numer。分析。第27卷(1990),第353-384页·Zbl 0694.76014号
[17] W.Layton,《不可压缩粘性流数值分析导论》,《计算》。科学。《工程》,第6卷,SIAM,费城,2008年·Zbl 1153.76002号
[18] W.Layton,H.Tran,C.Trenchea,两种分区方法的长期稳定性和误差分析,用于解耦演化地下水-地表水流,SIAM J.Numer。分析。第51卷(2013),第248-272页·Zbl 1370.76173号
[19] J.Li、P.Huang、J.Su和Z.Chen,非线性Navier-Stokes/Navier-Stokes相互作用模型的线性、稳定、非空间迭代、分区时间步长方法,提交出版·Zbl 1513.65369号
[20] L.Rebholz,S.Wise,M.Xiao,《Cahn-Hilliard Navier-Stokes两相流扩散界面模型的罚投影方案及其与无发散耦合方案的联系》,国际期刊Numer。分析。模型。第15卷(2018),第649-676页·Zbl 1395.35109号
[21] J.Zhang,H.Rui,Y.Cao,带传输的耦合Stokes和Darcy流的不同时间步长的分区方法,国际J.Numer。分析。模型。第16卷(2016)第463-498页·Zbl 1427.65215号
[22] A.J.Chorin,Navier-Stokes方程的数值解,数学。公司。第22卷(1968年)第745-762页·Zbl 0198.50103号
[23] R.Temam,《Navier-Stokes方程解的近似方法》,Arch。老鼠。机械。分析。第33卷(1969年),第377-385页·Zbl 0207.16904号
[24] A.S.Almgren等人,变密度不可压缩Navier-Stokes方程的保守自适应投影方法,J.Compute。物理学。第142卷(1998),第1-46页·Zbl 0933.76055号
[25] J.B.Bell,D.L.Marcus,可变密度流的二阶投影法,J.Compute。物理学。第101卷(1992),第334-348页·Zbl 0759.76045号
[26] J.L.Guermond,L.Quartapelle,变密度不可压缩流动的投影有限元法,J.Compute。物理学。第165卷(2000),第167-188页·Zbl 0994.76051号
[27] Y.He,J.Shen,线性流体-结构相互作用问题的无条件稳定压力校正方案,数值。数学。理论方法应用。第7卷(2014年)第537-554页·Zbl 1324.76040号
[28] C.Liu,J.Shen,X.Yang,变密度两相不可压缩流相场模型的解耦能量稳定格式,J.Sci。计算。第62卷(2015)第601-622页·Zbl 1326.76064号
[29] J.H.Pyo,J.Shen,变密度不可压缩流的Gauge-Uzawa方法,J.Compute。物理学。第221卷(2007年)第181-197页·Zbl 1109.76037号
[30] J.Shen,X.Yang,不同密度和粘度的两相不可压缩流动的相场模型及其数值近似,J.Compute。物理学。第32卷(2010年)第1159-1179页·兹比尔1410.76464
[31] J.Shen,X.Yang,两相复杂流体相场模型的解耦能量稳定方案,SIAM J.Sci。公司。第36卷(2014),第B122-B145页·Zbl 1288.76057号
[32] J.Shen,X.Yang,两相不可压缩流相场模型的解耦能量稳定格式,SIAM J.Numer。分析。第53卷(2015)第279-296页·Zbl 1327.65178号
[33] J.Zhao等人,不同密度和粘度的两相不可压缩流动的相场模型及其数值近似,J.Compute。物理学。第305卷(2016),第539-556页。
[34] J.Connors,J.S.Howell,使用解耦子问题和不同时间步长的流体-流体交互方法,Numer。方法。第部分。D.E.第28卷(2012),第1283-1308页·Zbl 1345.86005号
[35] J.L.Guermond,A.Salgado,《基于压力泊松方程的变密度不可压流分步法》,C.R.Math。第346卷(2008),第913-918页·Zbl 1144.76043号
[36] J.L.Guermond,P.D.Minev,使用方向分裂求解不可压缩Navier-Stokes方程的一类新的分步技术,C.R.Math。第348卷(2010),第581-585页·Zbl 1352.76090号
[37] J.L.Guermond,A.Salgado,基于压力泊松方程的变密度不可压缩流的分裂方法,J.Compute。物理学。第228卷(2009),第2834-2846页·兹比尔1159.76028
[38] J.L.Guermond,A.Salgado,变密度不可压缩流分数时间步进技术的误差分析,SIAM J.Numer。分析。第49卷(2011),第917-944页·Zbl 1241.76318号
[39] Y.Zhang,Y.Hou,L.Shan,流体-流体相互作用解耦算法的稳定性和收敛性分析,SIAM J.Num.Ana。第54卷(2016)第2833-2867页·Zbl 1381.76209号
[40] R.A.Adams,Sobolev spaces,学术出版社,纽约,1975年·Zbl 0314.46030号
[41] P.G.Ciarlet,《椭圆问题的有限元方法》,北荷兰,阿姆斯特丹,1978年·Zbl 0383.65058号
[42] Z.Chen,有限元方法及其应用,Springer‐Verlag,海德堡,2005年·Zbl 1082.65118号
[43] J.Li,Z.Chen,大数据平稳Navier-Stokes方程有限体积法的最优L^2,H^1和L^∞分析,Numer。数学。第126卷(2014)第75-101页·Zbl 1346.76086号
[44] J.Li,Z.Chen,Y.He,稳态3D Navier-Stokes方程非奇异有限体积解的稳定多层方法,Numer。数学。第122卷(2012),第279-304页·兹比尔1366.76062
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