×

光滑粒子流体动力学数学:基于非局部Stokes方程的研究。 (英语) 兹比尔1448.76112

摘要:光滑粒子流体力学(SPH)是一种用于模拟复杂流体流动的流行数值技术。它的关键成分之一是使用非局部积分松弛来进行局部微分。在连续介质水平上对相应的非局部模型进行数学分析可以提供对SPH的进一步理论理解。在关于SPH数学的一系列工作的这一部分中,我们提出了对不可压缩粘性流的传统线性稳态Stokes系统的非局部松弛。非局部连续体模型的特征是平滑长度(δ),它测量了非局部相互作用的范围。它是涉及非局部积分松弛的离散近似方案和局部连续模型之间的桥梁。我们证明了对于一类精心选择的非局部算子,得到的非局部Stokes方程是适定的,并且当δ接近零时,在局部极限中恢复了原Stokes公式。对于其他一些常用的光滑核,获得不适定连续体模型存在风险,这可能导致实际计算困难。这使我们讨论了我们的发现对数值方法设计的影响。

理学硕士:

76米28 粒子法和晶格气体法
76D07型 斯托克斯和相关(Oseen等)流量
35问题35 与流体力学相关的PDE
65N12号 含偏微分方程边值问题数值方法的稳定性和收敛性
65N75型 涉及偏微分方程边值问题的概率方法、粒子方法等

软件:

NDSPMHD公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 安托诺,M。;Colagrossi,A。;Marrone,S.,弱可压缩SPH方案中的数值扩散项,计算机物理通信,183,12,2570-2580(2012)·Zbl 1507.76152号
[2] Beale,JT;Majda,A.,具有显式速度核的高阶精确涡旋方法,计算物理杂志,58,2188-208(1985)·Zbl 0588.76037号
[3] 贝萨,M。;Foster,J。;Belytschko,T。;Liu,WK,《无网格统一:再生核周动力学》,计算力学,531251-1264(2014)·Zbl 1398.74452号
[4] Belytschko,T。;郭毅。;刘,WK;Xiao,SP,无网格粒子法的统一稳定性分析,国际工程数值方法杂志,48,91359-1400(2000)·Zbl 0972.74078号
[5] B.Ben Moussa;Vila,J.,标量非线性守恒律SPH方法的收敛性,SIAM数值分析杂志,37863-887(2000)·兹比尔0949.65095
[6] J.Bender和D.Koschier。无发散光滑粒子流体力学。第14届ACM SIGGRAPH/欧洲制图计算机动画研讨会论文集,147-155,(2015)。
[7] Chertock,A.,《确定性粒子方法实用指南》,《数值分析手册》,第18卷,第177-202页(2017年)·兹比尔1368.65206
[8] 科恩,A。;Pertham,B.,《用粒子和伪粒子方法对输运方程进行最佳近似》,SIAM J.Math。分析。,32, 616-636 (2000) ·Zbl 0972.65058号
[9] P.Constantin、Euler方程、Navier-Stokes方程和湍流,《湍流粘性流的数学基础》,《数学讲义》。1871年,施普林格-弗拉格,纽约,1-43,(2006)·Zbl 1190.76146号
[10] 康斯坦丁,P。;Iyer,G。;Wu,J.,修正的临界耗散准营养方程的全局正则性,印第安纳大学数学杂志,572681-2692(2008)·Zbl 1159.35059号
[11] 科特特,GH;Koumoutsakos,P.,《旋涡方法——理论与实践》(2000),纽约:剑桥大学出版社,纽约
[12] 康明斯,SJ;Rudman,M.,《SPH投影方法》,《计算物理杂志》,152,2,584-607(1999)·Zbl 0954.76074号
[13] P.Degond和S.Mas-Getal。对流扩散方程的加权粒子法。第1部分,各向同性粘度的情况,数学。计算。53, 485-507, (1989). ·Zbl 0676.65121号
[14] Q.Du,非局部建模、分析和计算,CBMS-NSF应用数学区域会议系列,94,SIAM,费城,(2019)·1423.00007兹罗提
[15] 杜琪。;Gunzburger,M。;莱胡克,RB;Zhou,K.,体积约束下非局部扩散问题的分析与逼近,SIAM Review,54,667-696(2012)·Zbl 1422.76168号
[16] 杜琪。;Gunzburger,M。;Lehoucq,R.B。;Zhou,K.,非局部向量演算、非局部体积约束问题和非局部平衡定律,应用科学中的数学模型和方法(M3AS),23,493-540(2013)·Zbl 1266.26020号
[17] 杜琪。;勒霍克,R。;Tartakovsky,A.,经典扩散和光滑粒子流体力学的积分近似,Comp。方法。申请。机械。工程师,286216-229(2015)·Zbl 1423.76363号
[18] 杜琪。;Tian,X.,非局部Dirichlet积分的稳定性及其对动力学对应材料建模的影响,SIAM J.应用数学,78,1536-1552(2018)·Zbl 1394.45002号
[19] 杜琪。;Yang,J.,非局部Allen-Cahn方程的渐近兼容傅里叶谱近似,SIAM J.数值分析,541899-1919(2016)·Zbl 1342.65198号
[20] 杜琪。;Yang,J.等人。;Zhou,Z.,非局部时间抛物方程分析,离散和连续动力系统-B,22,339-368(2017)·Zbl 1362.45015号
[21] Eldredge,J。;伦纳德,A。;Colonius,T.,《粒子方法中导数的一般确定性处理》,J.Compute。物理。,180, 686-709 (2002) ·兹比尔1143.76550
[22] Ellero,M。;塞拉诺,M。;Espanol,P.,《不可压缩光滑粒子流体动力学》,计算物理杂志,226,2,1731-1752(2007)·兹比尔1121.76050
[23] Gingold,RA;莫纳汉,JJ,平滑粒子流体动力学,非球形恒星的理论和应用,皇家天文学会月刊,181375-389(1977)·Zbl 0421.76032号
[24] M.Hein,J.-Y.Audibert和U.von Luxburg。从图到流形-图的弱和强点态一致性Laplacians。《第18届学习理论年会论文集》,COLT’05,第470-485页,柏林,海德堡,斯普林格-Verlag。(2005). ·Zbl 1095.68097号
[25] 胡,X。;Adams,NA,《不可压缩多相SPH方法》,计算物理杂志,227,1,264-278(2007)·Zbl 1126.76045号
[26] 胡,X。;Adams,N.,《不可压缩多相SPH的恒定密度方法》,计算物理杂志,228,6,2082-2091(2009)·Zbl 1280.76053号
[27] 北卡罗来纳州卡茨。;Pavlovic,N.,超离散Navier-Stokes方程的廉价Caffarelli-Kohn-Nirenberg不等式,Geom。功能。分析。,12, 355-379 (2002) ·Zbl 0999.35069号
[28] Koumoutsakos,P.,《使用粒子的多尺度流动模拟》,《年度》。流体力学版次。,37, 457-487 (2005) ·Zbl 1117.76054号
[29] Lee,E-S;穆利内克,C。;Xu,R。;维奥洛,D。;劳伦斯,D。;Stansby,P.,《SPH无网格粒子法中弱可压缩和真正不可压缩算法的比较》,计算物理杂志,2278417-8436(2008)·Zbl 1256.76054号
[30] Lee,H。;Du,Q.,一维线性平流模型的渐近兼容类SPH粒子离散化,SIAM数值分析杂志,57,127-147(2019)·Zbl 1409.76114号
[31] H.Lee和Q.Du,具有非球面相互作用邻域的非局部梯度算子及其应用,arXiv预印本arXiv:1903.06025,(2019)。
[32] 李,Z。;施,Z。;Sun,J.,用点积分法求解具有收敛保证的点云流形上的泊松型方程,计算物理通信,22,228-258(2017)·兹比尔1488.65714
[33] 刘,MB;Liu,GR,《光滑粒子流体动力学(SPH):概述和最新发展》,《Arch Comput Methods Eng》,17,25-76(2010)·Zbl 1348.76117号
[34] Lucy,LB,裂变假说测试的数值方法,Astron。J、 82、1013-1024(1977)
[35] Mengesha,T。;Du,Q.,线性周动力Navier方程的非局部约束值问题,《弹性杂志》,116,27-51(2014)·Zbl 1297.74051号
[36] Mengesha,T。;Du,Q.,具有Dirichlet型体积约束的键基周动力系统,《爱丁堡皇家学会学报》,144A,161-186(2014)·Zbl 1381.35177号
[37] Mengesha,T。;Du,Q.,关于一类与周动力学相关的非局部泛函的变分极限,非线性,28,3999-4035(2015)·Zbl 1330.45011号
[38] Mengesha,T。;Du,Q.,通过非局部导数表征向量场的函数空间及其在周动力学中的应用,非线性分析A,理论,方法和应用,140,82-111(2016)·Zbl 1353.46027号
[39] 莫纳根,JJ,平滑粒子流体力学,众议员程序。物理。,681703-1759(2005年)
[40] 纳德勒,B。;拉丰,G。;科伊夫曼,R.B。;Kevrekidis,I.G.,动力学系统的扩散图、光谱聚类和反应坐标。,应用和计算谐波分析,21,113-127(2006)·Zbl 1103.60069号
[41] 奈尔,P。;Tomar,G.,《不可压缩光滑粒子流体动力学中的体积守恒问题》,《计算物理杂志》,297689-699(2015)·Zbl 1349.76721号
[42] Pozorski,J。;Wawreñczuk,A.,《不可压缩粘性流的SPH计算》,《理论与应用力学杂志》,40,4,917-937(2002)
[43] 普赖斯,DJ,平滑粒子流体力学和磁流体力学,J.Compute。物理。,231, 759-794 (2012) ·Zbl 1402.76100号
[44] Schrader,B。;Reboux,S。;Sbalzarini,I.,粒子方法中一般积分PSE算子的离散化校正,计算物理杂志,2294159-4182(2010)·Zbl 1334.65196号
[45] 邵,S。;Lo,EYM,模拟自由表面牛顿和非牛顿流动的不可压缩SPH方法,《水资源进展》,26,787-800(2003)
[46] Silling,SA,《不连续性和长程力弹性理论的改革》,J.Mech。物理学。固体,48,175-209(2000)·Zbl 0970.74030号
[47] Tadmor,E。;Tan,C.,《具有非局部线形的群集流体动力学临界阈值》,伦敦皇家学会哲学学报A:数学、物理和工程科学,3722013041(2014)·Zbl 1353.76064号
[48] Tao,T.,对数超临界超耗散Navier-Stokes方程的整体正则性,分析与PDE,2361-366(2010)·Zbl 1190.35177号
[49] 田,X。;Du,Q.,渐近兼容格式及其在非局部模型稳健离散化中的应用,SIAM J.数值分析,521641-1665(2014)·Zbl 1303.65098号
[50] 托恩伯格,A。;Engquist,B.,微分方程奇异源项的数值近似,计算物理杂志,200462-488(2004)·Zbl 1115.76392号
[51] 张彦,杜秋秋,石振中,无散度方程上带松弛的非局部Stokes方程,预印本,(2019)。
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。