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二维多相SPH的一种新的界面方法:界面检测和表面张力公式。 (英文) Zbl 1515.76120号

摘要:本文提出了一种新的界面方法,用于多相流的二维光滑粒子流体动力学(SPH)建模。本界面方法旨在解决多相流模拟中的两个基本问题:界面检测和表面张力的实现。具体而言,提出了一种新颖且易于实现的代数指示符来检测界面粒子。通过重建连接三个相邻界面粒子的弧线,在界面粒子上局部实现表面张力。与以往的表面重建方法相比,本方法在表面张力的局部评估中使用了较少的粒子。新的代数指示剂提供了更准确和有效的界面粒子检测,特别是对于稀疏或聚集的粒子分布。同时,当前的表面张力公式消除了评估颜色指数梯度的繁琐过程,从而显著提高了数值效率。通过四个数值算例,即矩形水槽中的晃动、椭圆液滴的振荡、静止液滴的拉普拉斯定律和水中气泡的上升,综合评价了本界面方法的准确性、灵活性和效率。目前的数值结果与已发表的结果吻合良好,表明本文提出的新的界面方法可以精确地检测出具有吸引力的界面粒子,并准确有效地恢复表面张力。

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76米28 粒子法和晶格气体法
76Txx型 多相多组分流动
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
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参考文献:

[1] Blazek,J.,《计算流体动力学:原理与应用》(2005),爱思唯尔出版社·Zbl 0995.76001号
[2] 希尔特,C.W。;Nichols,B.D.,自由边界动力学的流体体积(VOF)方法,J.Compute。物理。,39, 201-225 (1981) ·Zbl 0462.76020号
[3] 萨斯曼,M。;斯梅雷卡,P。;Osher,S.,《计算不可压缩两相流解的水平集方法》,J.Compute。物理。,114146-159(1994年)·Zbl 0808.76077号
[4] 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》,阿努。流体力学版次。,30, 139-165 (1998) ·Zbl 1398.76051号
[5] 萨斯曼,M。;史密斯,K.M。;侯赛尼,M.Y。;Ohta,M。;Zhi-Wei,R.,《不可压缩两相流的锐界面法》,J.Compute。物理。,221, 469-505 (2007) ·Zbl 1194.76219号
[6] 罗,J。;胡,X。;Adams,N.A.,《不可压缩多相流的保守锐界面法》,J.Compute。物理。,284, 547-565 (2015) ·Zbl 1351.76172号
[7] Monaghan,J.J.,《平滑粒子流体动力学》,年。Astron牧师。天体物理学。,30, 543-574 (1992)
[8] Balsara,D.S.,《光滑粒子流体动力学的冯·诺依曼稳定性分析——优化算法建议》,J.Compute。物理。,121, 357-372 (1995) ·Zbl 0835.76070号
[9] 张,Z.L。;Long,T。;Chang,J.Z。;Liu,M.B.,用于模拟具有大流体变形的流体-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。工程师,356261-293(2019)·Zbl 1441.76097号
[10] 张,M。;张,H。;Zheng,L.,使用平滑粒子流体动力学方法模拟液滴扩散、飞溅和凝固,国际传热传质杂志。,51, 3410-3419 (2008) ·Zbl 1148.80368号
[11] Rafiee,A。;Thiagarajan,K.P.,用于模拟流体-低塑性结构相互作用的SPH投影方法,计算。方法应用。机械。工程,1982785-2795(2009)·Zbl 1228.76117号
[12] 张,C。;胡,X。;Adams,N.A.,基于低耗散黎曼解算器的弱可压缩SPH方法,J.Compute。物理。,335, 605-620 (2017) ·Zbl 1375.76155号
[13] 刘,M.B。;张,Z.L。;Feng,D.L.,用于爆炸焊接建模的带核梯度修正的密度自适应SPH方法,计算。机械。,60, 513-529 (2017) ·Zbl 1386.74107号
[14] 阿达米,S。;胡晓云。;Adams,N.A.,光滑粒子流体动力学的广义壁面边界条件,J.Compute。物理。,231, 7057-7075 (2012)
[15] 杨,X。;Kong,S.-C.,多相平滑粒子流体动力学的自适应分辨率,计算。物理学。社区。,239, 112-125 (2019) ·Zbl 07684939号
[16] Rafiee,A。;曼扎里,M。;Hosseini,M.,《模拟非定常粘弹性自由表面流动的不可压缩SPH方法》,《国际非线性力学杂志》。,42, 1210-1223 (2007) ·Zbl 1200.76148号
[17] Xu,X。;Yu,P.,用稳健的SPH方法对聚合物熔体的注射成型过程进行建模和模拟,应用。数学。型号。,48, 384-409 (2017) ·Zbl 1480.76092号
[18] Xu,X。;Tang,T。;Yu,P.,一种改进的SPH方法,用于模拟碰撞非牛顿液滴的聚并,国际期刊数值。液体方法,92,372-390(2020)
[19] 胡,X.Y。;Adams,N.A.,《宏观和介观流动的多相SPH方法》,J.Compute。物理。,213, 844-861 (2006) ·Zbl 1136.76419号
[20] 熊,H.-b。;Zhang,C.-y。;Yu,Z.-s.,亲水和疏水表面水沸腾的多相SPH模型,国际热质传递杂志。,130, 680-692 (2019)
[21] 胡晓云。;Adams,N.A.,《不可压缩多相SPH方法》,J.Compute。物理。,227, 264-278 (2007) ·Zbl 1126.76045号
[22] Colagrossi,A。;Landrini,M.,用光滑粒子流体动力学对界面流动进行数值模拟,J.Compute。物理。,191, 448-475 (2003) ·兹比尔1028.76039
[23] 格雷尼尔,N。;安托诺,M。;Colagrossi,A。;Touzé,D.L。;Alessandrini,B.,《多流体和自由表面流动的哈密顿界面SPH公式》,J.Compute。物理。,228, 8380-8393 (2009) ·Zbl 1333.76056号
[24] 陈,Z。;宗,Z。;刘,M.B。;邹,L。;Li,H.T。;Shu,C.,具有复杂界面和大密度差的多相流SPH模型,J.Compute。物理。,283, 169-188 (2015) ·兹比尔1351.76231
[25] 林德·S·J。;Stansby,P.K。;罗杰斯,B.D.,《使用平滑粒子流体动力学(SPH)的具有瞬态不连续界面的不可压缩流动》,J.Compute。物理。,309, 129-147 (2016) ·Zbl 1351.76241号
[26] 克里米,A。;Rezoug,M。;Khelladi,S。;Nogueira,X。;Ramírez,L.,《光滑粒子流体动力学:界面多相流体流动模拟的一致模型》,J.Comput。物理。,358, 53-87 (2018) ·Zbl 1381.76287号
[27] 莫纳汉,J.J。;Rafiee,A.,《高密度比多流体流动的简单SPH算法》,国际J·数值。《液体方法》,71,537-561(2013)·Zbl 1430.76400号
[28] Randles,P。;Libersky,L.D.,《平滑粒子流体动力学:一些最近的改进和应用》,计算。方法应用。机械。工程,139,375-408(1996)·Zbl 0896.73075号
[29] Lee,E.S。;穆利内克,C。;Xu,R。;维奥洛,D。;劳伦斯,D。;Stansby,P.,SPH网格自由粒子方法的弱可压缩和真正不可压缩算法的比较,J.Comput。物理。,227, 8417-8436 (2008) ·Zbl 1256.76054号
[30] Doring,M.,Dédevelopment D'une Méthode SPH pour les applications as surface libre en hydrodynamique,in,(南特中央大学(2005))
[31] Dilts,G.A.,《移动最小二乘粒子流体力学II:守恒和边界》,国际数值杂志。方法工程,481503-1524(2000)·Zbl 0960.76068号
[32] Lin,Y。;刘,G。;Wang,G.,一种基于粒子的自由表面检测方法及其在光滑粒子流体动力学(SPH)表面张力效应模拟中的应用,J.Compute。物理。,383, 196-206 (2019) ·Zbl 1451.76093号
[33] 阿达米,S。;胡,X。;Adams,N.A.,使用再现发散近似的多相SPH的新表面张力公式,J.Comput。物理。,229, 5011-5021 (2010) ·Zbl 1346.76161号
[34] Morris,J.P.,《用光滑粒子流体动力学模拟表面张力》,《国际数值杂志》。液体方法,33,333-353(2000)·Zbl 0985.76072号
[35] 张,A。;Sun,P。;Ming,F.,三维气泡上升和合并的SPH模型,计算。方法应用。机械。工程,294189-209(2015)·兹比尔1423.76378
[36] 张,M。;Deng,X.L.,SPH的一种锐界面方法,J.Compute。物理。,302, 469-484 (2015) ·Zbl 1349.76755号
[37] Zhang,M.,用平滑粒子流体动力学方法模拟二维和三维表面张力,J.Compute。物理。,229, 7238-7259 (2010) ·Zbl 1426.76623号
[38] 郑,B。;Chen,Z.,具有较低数值扩散的多相光滑粒子流体动力学模型,J.Compute。物理。,382, 177-201 (2019) ·Zbl 1451.76097号
[39] Brackbill,J.U。;科特,D.B。;Zemach,C.,《模拟表面张力的连续体方法》,J.Compute。物理。,100, 335-354 (1992) ·Zbl 0775.76110号
[40] 刘,G.-R。;Liu,M.B.,《平滑粒子流体动力学:无网格粒子方法》(2003),《世界科学》·Zbl 1046.76001号
[41] Flekkøy,E.G.(英语:Flekkøy,E.G.)。;Coveney,P.V.公司。;De Fabritis,G.,耗散粒子动力学基础,物理学。Rev.E.,主题,622140-2157(2000)
[42] Molteni,D。;Colagrossi,A.,使用SPH改进水动力环境中压力评估的简单程序,计算。物理学。社区。,180, 861-872 (2009) ·Zbl 1198.76108号
[43] 安托诺,M。;Colagrossi,A。;马龙,S。;Molteni,D.,用带数值扩散项的SPH格式求解自由表面流动,计算。物理学。社区。,181, 532-549 (2010) ·兹比尔1333.76055
[44] 马龙,S。;安托诺,M。;Colagrossi,A。;科利奇奥,G。;Touzé,D.L。;Graziani,G.,用于模拟剧烈冲击流的δ-SPH模型,计算。方法应用。机械。工程,200,1526-1542(2011)·Zbl 1228.76116号
[45] Monaghan,J.J.,《关于粒子方法中的穿透问题》,J.Compute。物理。,82,1-15(1989年)·Zbl 0665.76124号
[46] 马龙,S。;Colagrossi,A。;勒图泽,D。;Graziani,G.,《SPH求解器中的快速自由曲面检测和水平集函数定义》,J.Compute。物理。,229, 3652-3663 (2010) ·Zbl 1391.76623号
[47] 埃斯帕诺,P。;Revenga,M.,平滑耗散粒子动力学,物理学。E版,67,第026705条,pp.(2003)
[48] Sun,P.N。;Colagrossi,A。;马龙,S。;Zhang,A.M.,δplus-SPH模型:进一步改进SPH方案的简单程序,计算。方法应用。机械。工程师,315,25-49(2017)·Zbl 1439.76133号
[49] 王,P.-P。;孟,Z.-F。;张,A.-M。;F.-R.明。;Sun,P.-N.,平滑粒子流体力学中自由表面流的改进粒子移动技术和优化自由表面检测方法,计算。方法应用。机械。工程,357,第112580条pp.(2019)·Zbl 1442.76018号
[50] Faltinsen,O.M.,《二维流储罐晃动的非线性数值方法》,《船舶研究杂志》,第22期,193-202页(1978年)
[51] 刘,D。;Lin,P.,《带挡板的储罐中三维液体晃动》,海洋工程,36,202-212(2009)
[52] Rayleigh,L.,《关于射流的毛细现象》,Proc。英国皇家学会。,1879年7月29日
[53] Duan,G。;Koshizuka,S。;Chen,B.,《粒子方法的轮廓连续体表面力模型》,J.Compute。物理。,298, 280-304 (2015) ·Zbl 1349.76677号
[54] 杨,X。;刘,M。;Peng,S.,无拉伸失稳粘性液滴的光滑粒子流体动力学建模,计算。流体,92,199-208(2014)·Zbl 1391.76644号
[55] 张,M。;张,S。;张,H。;郑,L.,用光滑粒子流体动力学方法模拟表面张力驱动的界面流动,计算。流体,59,61-71(2012)·Zbl 1365.76269号
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