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第13卷第3期
不可压缩Navier-Stokes方程的隐式交错混合有限体积/有限元解算器

阿莱西亚·卢卡,萨拉·巴斯托&迈克尔·邓布瑟

DOI(操作界面): 10.4208/eajam.2022-335.300123

东亚J.应用。数学。,13(2023年),第671-716页。

在线发布:2023-05

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  • 摘要

我们提出了一种新的全隐式混合有限体积/有限元方法对于不可压缩流。在半隐式混合FV/FE格式的基础上,将不可压缩Navier-Stokes方程分解为压力子系统和输运扩散子系统。第一个问题可以看作是泊松型问题,因此使用经典连续拉格朗日有限元进行有效求解。另一方面,采用有限体积法求解对流子系统,结合使用Crouzeix-Raviart有限元对粘性应力张量进行离散化。对于某些应用,如果使用显式格式,相关CFL条件(即使仅取决于整体速度)可能会产生严重的时间限制。克服本文提出了一种隐式方法。使用不精确的Newton-Krylov求解由传输扩散算子隐式离散化得到的系统方法,基于BiCStab或GMRES算法。为了改善线性解算器的收敛特性,对称高斯-赛德尔(SGS)预条件是以及一种简单但有效的电网重新排序方法与MPI并行化兼容的元素。此外,考虑到Ducros非线性对流项的通量我们可以证明离散平流格式动能稳定。该方法通过流体力学的一组经典基准进行了仔细评估。最后一个测试显示了方法在真实血管几何中的血流模拟上下文中。

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65M08、65M60、35Q30、76D05

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我们提出了一种新的全隐式混合有限体积/有限元方法对于不可压缩流。在半隐式混合FV/FE格式的基础上,将不可压缩Navier-Stokes方程分解为压力子系统和输运扩散子系统。第一个问题可以看作是泊松型问题,因此使用经典连续拉格朗日有限元进行有效求解。另一方面,采用有限体积法求解对流子系统,结合使用Crouzeix-Raviart有限元离散粘性应力张量。对于某些应用,如果使用显式格式,相关CFL条件(即使仅取决于整体速度)可能会产生严重的时间限制。克服本文提出了一种隐式方法。使用不精确的Newton-Krylov求解由传输扩散算子隐式离散化得到的系统方法,基于BiCStab或GMRES算法。为了改善线性解算器的收敛特性,对称高斯-赛德尔(SGS)预条件是以及一种简单但有效的电网重新排序方法与MPI并行化兼容的元素。此外,考虑到Ducros非线性对流项的通量我们可以证明离散平流格式动能稳定。该方法通过流体力学的一组经典基准进行了仔细评估。最后一个测试显示了方法在真实血管几何中的血流模拟上下文中。

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我们提出了一种新的全隐式混合有限体积/有限元方法对于不可压缩流。在半隐式混合FV/FE格式的基础上,将不可压缩Navier-Stokes方程分解为压力子系统和输运扩散子系统。第一个问题可以看作是泊松型问题,因此使用经典连续拉格朗日有限元进行有效求解。另一方面,采用有限体积法求解对流子系统,结合使用Crouzeix-Raviart有限元离散粘性应力张量。对于某些应用,如果使用显式格式,相关CFL条件(即使仅取决于整体速度)可能会产生严重的时间限制。克服本文提出了一种隐式方法。使用不精确的Newton-Krylov求解由传输扩散算子隐式离散化得到的系统方法,基于BiCStab或GMRES算法。为了改善线性解算器的收敛特性,对称高斯-赛德尔(SGS)预条件是以及一种简单但有效的电网重新排序方法与MPI并行化兼容的元素。此外,考虑到Ducros非线性对流项的通量我们可以证明离散平流格式动能稳定。该方法通过流体力学的一组经典基准进行了仔细评估。最后一个测试显示了方法在真实血管几何中的血流模拟上下文中。

Alessia Lucca、Saray Busto和Michael Dumbser。(2023). 不可压缩Navier-Stokes方程的隐式交错混合有限体积/有限元解算器。东亚应用数学杂志.13(3).671-716.doi:10.4208年5月22日至335.300123日
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