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具有不混溶保存的扩散界面模型。 (英语) Zbl 1349.76395号

摘要:提出了一种新的、简单且计算效率高的基于扩散界面方法的界面捕捉方案,用于模拟可压缩多相流。使用场变量(界面函数)和相关传输方程表示多流体界面,这些传输方程根据已建立的公式进行了扩充,以实现选定的界面厚度。生成的界面区域可以设置得足够厚,以便通过基础网格和数值方法进行解析,但也可以设置得很薄,以便为分辨率较高的动力学提供有效的模型。本方法的一个关键进步是,界面正则化与构建界面正则化的混合模型的热力学混合定律渐近兼容。它包含了一阶压力和速度非平衡效应,同时保持了平衡流的界面条件,即使在薄扩散混合区内也是如此。我们首先量化了该公式在一些广泛使用的一维配置中改进的收敛性,然后表明它能够从根本上更好地模拟气泡动力学。演示包括球状气泡坍塌,尽管有笛卡尔网格,但仍能保持良好的对称性,以及壁附近的喷射气泡坍塌。对比表明,如果没有新的公式,喷射将被数值扩散抑制,从而导致定性错误的结果。

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76个M12 有限体积法在流体力学问题中的应用
76T10型 液气两相流,气泡流
6500万08 含偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
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参考文献:

[1] 布雷克·J·R。;吉布森,哥伦比亚特区,边界附近的空化气泡,年。流体力学版次。,1987年9月19日至123日
[2] Best,J.P.,《瞬态空腔崩溃后环形气泡的形成》,J.流体力学。,251, 79-107 (1993) ·Zbl 0784.76011号
[3] 张,S.G。;邓肯,J.H。;Chahine,G.L.,《刚性壁附近空泡溃灭的最后阶段》,J.流体力学。,257, 147-181 (1993) ·Zbl 0794.76013号
[4] Boulton-Stone,J.M。;Blake,J.R.,《气体气泡在自由表面爆炸》,J.流体力学。,254, 437-466 (1993) ·Zbl 0780.76011号
[5] 布雷克·J·R。;胡顿,M.C。;罗宾逊,P.B。;Tong,R.P.,《塌陷空腔、环形气泡和射流冲击》,Philos。事务处理。R.Soc.伦敦。A、 355、1724、537-550(1997)·Zbl 0893.76009号
[6] Zhang,Y.L。;Yeo,K.S。;Khoo,B.C。;Wang,C.,3D射流冲击和环形气泡,J.Compute。物理。,166, 2, 336-360 (2001) ·Zbl 1030.76040号
[7] Brujan,E.A。;基恩,G.S。;沃格尔,A。;Blake,J.R.,靠近刚性边界的空化气泡崩溃的最后阶段,Phys。流体,14,1,85-92(2002)·Zbl 1184.76072号
[8] 方,S.W。;Klaseboer,E。;Turangan,C.K。;Khoo,B.C。;Hung,K.C.,超声场中生物材料附近气泡的数值分析,超声医学生物。,32, 6, 925-942 (2006)
[9] 李,M。;Klaseboer,E。;Khoo,B.C.,关于反弹气泡的边界积分方法,J.流体力学。,570, 407-429 (2007) ·Zbl 1111.76059号
[10] Brennen,C.E.,《空化与气泡动力学》(1995),牛津大学出版社:牛津大学出版社,纽约
[11] 劳特伯恩,W。;Kurz,T.,《气泡振荡物理》,众议员程序。物理。,73, 10, 106501 (2010)
[12] 罗,H。;鲍姆·J·D。;Löhner,R.,《关于使用ALE公式计算多物质流》,J.Compute。物理。,194, 1, 304-328 (2004) ·Zbl 1136.76401号
[13] 鲍尔,G.J。;豪厄尔,B.P。;Leighton,T.G。;Schofield,M.J.,水中圆柱形空气腔的冲击致塌:自由拉格朗日模拟,冲击波,10,4,265-276(2000)·Zbl 0980.76090号
[14] Turangan,C.K。;Jamaluddin,A.R。;鲍尔,G.J。;Leighton,T.G.,《水中气泡膨胀和喷射溃灭的自由拉格朗日模拟》,《流体力学杂志》。,598, 1-25 (2008) ·Zbl 1151.76603号
[15] Chern,I.L。;格利姆,J。;O.麦克布莱恩。;Plohr,B。;Yaniv,S.,《气体动力学前沿跟踪》,J.Compute。物理。,62, 1, 83-110 (1986) ·Zbl 0577.76068号
[16] Cocchi,J.P。;Saurel,R.,基于Riemann问题的可压缩多材料流动求解方法,J.Compute。物理。,137, 2, 265-298 (1997) ·Zbl 0934.76055号
[17] Glimm,J。;格罗夫,J.W。;Li,X.L。;Shyue,K.M。;Zeng,Y.N。;张强,三维前沿跟踪,SIAM J.Sci。计算。,19, 3, 703-727 (1998) ·Zbl 0912.65075号
[18] Tryggvason,G。;邦纳,B。;Esmaeeli,A。;Juric,D。;Al-Rawahi,N。;Tauber,W。;Han,J。;Nas,S。;Jan,Y.J.,《多相流计算的前置跟踪方法》,J.Compute。物理。,169, 2, 708-759 (2001) ·Zbl 1047.76574号
[19] Osher,S。;Fedkiw,R.P.,《水平集方法:概述和一些最新结果》,J.Compute。物理。,169, 2, 463-502 (2001) ·Zbl 0988.65093号
[20] Mulder,W。;Osher,S。;Sethian,J.A.,《可压缩气体动力学中的界面运动计算》,J.Compute。物理。,100209-228(1992年)·Zbl 0758.76044号
[21] Fedkiw,R.P。;Aslam,T。;梅里曼,B。;Osher,S.,《多材料流动界面的非振荡欧拉方法》(鬼流体方法),J.Compute。物理。,152, 2, 457-492 (1999) ·Zbl 0957.76052号
[22] Fedkiw,R.P。;Aslam,T。;Xu,S.J.,《爆燃和爆轰不连续性的鬼流体方法》,J.Compute。物理。,154, 2, 393-427 (1999) ·Zbl 0955.76071号
[23] Fedkiw,R.P.,将欧拉流体计算与拉格朗日固体计算与虚流体方法耦合,J.Compute。物理。,175, 1, 200-224 (2002) ·Zbl 1039.76050号
[24] Liu,T.G。;Khoo,B.C。;Yeo,K.S.,强冲击对材料界面影响的Ghost流体方法,J.Compute。物理。,190, 2, 651-681 (2003) ·Zbl 1076.76592号
[25] Liu,T.G。;Khoo,B.C。;Wang,C.W.,可压缩气水模拟的虚拟流体方法,J.Compute。物理。,204, 1, 193-221 (2005) ·Zbl 1190.76160号
[26] 胡晓云。;Khoo,B.C。;新泽西州亚当斯。;Huang,F.L.,可压缩流动的守恒界面法,J.Compute。物理。,219, 2, 553-578 (2006) ·Zbl 1102.76038号
[27] 努尔加列夫,R.R。;Dinh,T.N。;Theofanous,T.G.,可压缩多流体动力学的基于自适应特征的匹配,J.Compute。物理。,2132500-529(2006年)·Zbl 1136.76396号
[28] 胡晓云。;新泽西州亚当斯。;Iacarino,G.,关于可压缩多流体流动中界面相互作用的HLLC-Riemann解算器,J.Compute。物理。,228, 17, 6572-6589 (2009) ·Zbl 1261.76023号
[29] Terashima,H。;Tryggvason,G.,《可压缩流中流体界面的前向跟踪/幽灵流体方法》,J.Compute。物理。,228, 11, 4012-4037 (2009) ·Zbl 1171.76046号
[30] Sambasivan,S.K。;UdayKumar,H.S.,强冲击流中多材料动力学的局部网格细化夏普界面模拟,计算与流体,39,9,1456-1479(2010)·兹比尔1245.76111
[31] 劳尔,E。;胡晓云。;希克尔,S。;Adams,N.A.,对称和非对称空化气泡动力学的数值模拟和研究,计算与流体,69,1-19(2012)·Zbl 1365.76231号
[32] Baer,M.R。;Nunziato,J.W.,《反应性颗粒材料中爆燃-爆轰转变(DDT)的两相混合物理论》,国际J.Multiph。流量,12,6,861-889(1986)·Zbl 0609.76114号
[33] 索雷尔,R。;Abgrall,R.,《可压缩多流体和多相流的多相Godunov方法》,J.Compute。物理。,150, 2, 425-467 (1999) ·兹伯利0937.76053
[34] Miller,G.H。;Puckett,E.G.,多凝聚相的高阶Godunov方法,J.Compute。物理。,128, 1, 134-164 (1996) ·Zbl 0861.65117号
[35] 詹妮·P。;B.穆勒。;Thomann,H.,气体混合物保守欧拉解算器的修正,J.Compute。物理。,132, 1, 91-107 (1997) ·Zbl 0879.76059号
[36] Banks,J.W。;施温德曼,D.W。;Kapila,A.K。;Henshaw,W.D.,重叠网格上可压缩多材料流动的高分辨率Godunov方法,J.Compute。物理。,223, 1, 262-297 (2007) ·Zbl 1163.76032号
[37] Chang,C.H。;Liou,M.S.,《计算可压缩多相流的稳健且准确的方法:分层流模型和(AUSM)-up格式》,J.Compute。物理。,225, 1, 840-873 (2007) ·兹比尔1192.76030
[38] Kapila,A.K。;梅尼科夫,R。;Bdzil,J.B。;儿子,S.F。;Stewart,D.S.,《颗粒材料中爆燃-爆轰转变的双相模型:简化方程》,Phys。流体,13,10,3002-3024(2001)·Zbl 1184.76268号
[39] Allaire,G。;Clerc,S。;Kokh,S.,可压缩流体界面模拟的五方程模型,J.Compute。物理。,181, 2, 577-616 (2002) ·Zbl 1169.76407号
[40] Murrone,A。;Guillard,H.,可压缩两相流问题的五方程简化模型,J.Compute。物理。,202, 2, 664-698 (2005) ·Zbl 1061.76083号
[41] 索雷尔,R。;佩蒂帕斯,F。;Abgrall,R.,《亚稳态液体相变建模:空化和闪蒸流动的应用》,《流体力学杂志》。,607, 313-350 (2008) ·Zbl 1147.76060号
[42] 索雷尔,R。;佩蒂帕斯,F。;Berry,R.A.,多相混合物中分离可压缩流体、空化流动和冲击的界面的简单有效松弛方法,J.Compute。物理。,22851678-1712(2009年)·Zbl 1409.76105号
[43] Abgrall,R.,《如何在多组分流动计算中防止压力振荡:准保守方法》,J.Compute。物理。,125, 1, 150-160 (1996) ·Zbl 0847.76060号
[44] Karni,S.,《混合多流体算法》,SIAM J.Sci。计算。,17, 5, 1019-1039 (1996) ·Zbl 0860.76056号
[45] Quirk,J.J。;Karni,S.,《关于激波-气泡相互作用的动力学》,J.流体力学。,318, 129-163 (1996) ·Zbl 0877.76046号
[46] Shyue,K.M.,可压缩多组分问题的一种高效冲击捕获算法,J.Compute。物理。,142, 1, 208-242 (1998) ·Zbl 0934.76062号
[47] 索雷尔,R。;Abgrall,R.,《可压缩多流体流动的一种简单方法》,SIAM J.Sci。计算。,21, 3, 1115-1145 (1999) ·Zbl 0957.76057号
[48] 阿布格拉尔,R。;Karni,S.,《可压缩多流体的计算》,J.Compute。物理。,169, 2, 594-623 (2001) ·Zbl 1033.76029号
[49] Johnsen,E。;Colonius,T.,可压缩多组分流动问题中WENO格式的实现,J.Compute。物理。,219, 2, 715-732 (2006) ·Zbl 1189.76351号
[50] Shukla,R.K。;潘塔诺,C。;Freund,J.B.,《模拟多相可压缩流动的界面捕捉方法》,J.Compute。物理。,229, 19, 7411-7439 (2010) ·Zbl 1425.76289号
[51] 所以,K.K。;胡晓云。;Adams,N.A.,两相可压缩流模拟的反扩散界面锐化技术,J.Compute。物理。,231, 11, 4304-4323 (2012) ·Zbl 1426.76428号
[52] Kokh,S.公司。;Lagoutière,F.,通过五方程模型模拟可压缩流体之间界面的反扩散数值方案,J.Compute。物理。,229, 8, 2773-2809 (2010) ·兹比尔1302.76129
[53] Keller,J.B。;Miksis,M.,《大振幅气泡振荡》,J.Acoust。《美国社会》,68、2、628-633(1980)·Zbl 0456.76087号
[54] Prosperetti,A。;Lezzi,A.,可压缩液体中的气泡动力学。第1部分。一阶理论,J.流体力学。,168, 457-478 (1986) ·Zbl 0597.76106号
[55] 奥尔森,E。;Kreiss,G.,两相流的保守水平集方法,J.Compute。物理。,210, 1, 225-246 (2005) ·Zbl 1154.76368号
[56] J.C.亚当斯。;Swarztrauber,P.N.,SPHEREPACK 3.0:模型开发设施,周一。《天气评论》,1271872-1878(1999)
[57] 梅尼科夫,R。;Plohr,B.J.,真实材料流体流动的黎曼问题,修订版,国防部。物理。,61,175-130(1989年)·Zbl 1129.35439号
[58] 奥尔森,E。;Kreiss,G。;Zahedi,S.,两相流的保守水平集方法II,J.计算。物理。,225, 1, 785-807 (2007) ·Zbl 1256.76052号
[59] Deiterding,R。;拉多维茨基,R。;Mauch,S.P。;诺尔斯,L。;卡明斯,J.C。;Meiron,D.I.,用于有效模拟强冲击和爆震波载荷下固体材料响应的虚拟试验设备,工程计算。,22, 3-4, 325-347 (2006)
[60] 伯杰,M.J。;Oliger,J.,《双曲型偏微分方程的自适应网格加密》,J.Compute。物理。,53, 3, 484-512 (1984) ·Zbl 0536.65071号
[61] Leveque,R.J.,《双曲问题的有限体积方法》(2002),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社,纽约·Zbl 1010.65040号
[62] Toro,E.F.,Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics(2006),施普林格:施普林格柏林
[63] 哥特利布,S。;Shu,C.W.,总变差递减Runge-Kutta格式,数学。公司。,67, 73-85 (1988) ·Zbl 0897.65058号
[64] 索雷尔,R。;Le Metayer,O。;马索尼,J。;Gavrilyuk,S.,具有刚性机械松弛的多相混合物的激波跳跃关系,激波,16,3,209-232(2007)·Zbl 1195.76245号
[65] Pares,C.,《非保守双曲方程组的数值方法:理论框架》,SIAM J.Numer。分析。,44, 1, 300-321 (2006) ·Zbl 1130.65089号
[66] 卡斯特罗,M.J。;LeFloch,P.G。;Munoz-Ruiz,M.L。;Pares,C.,《为什么许多冲击波理论是必要的:形式路径一致方案中的收敛误差》,J.Compute。物理。,227, 17, 8107-8129 (2008) ·Zbl 1176.76084号
[67] 阿布格拉尔,R。;Karni,S.,《关于非保守产品计算的评论》,J.Compute。物理。,229, 8, 2759-2763 (2010) ·Zbl 1188.65134号
[68] 穆尼奥斯·鲁伊斯,M.L。;Pares,C.,关于平衡律系统的路径守恒数值格式的收敛性和良好平衡性,J.Sci。计算。,48, 1-3, 274-295 (2011) ·Zbl 1230.65102号
[69] 托罗,E.F。;云杉,M。;Spears,W.,HLL-Riemann解算器中接触面的恢复,冲击波,4,25-34(1994)·Zbl 0811.76053号
[70] 巴顿,P。;N.克拉克。;兰伯特,C。;Causon,D.M.,《关于HLLC黎曼解算器波速的选择》,SIAM J.Sci。计算。,18, 6, 1553-1570 (1997) ·兹比尔0992.65088
[71] 刘晓东。;Osher,S。;Chan,T.,加权基本非振荡格式,J.Compute。物理。,115, 1, 200-212 (1994) ·Zbl 0811.65076号
[72] 江,G.S。;Shu,C.W.,加权ENO方案的高效实现,J.Compute。物理。,126, 1, 202-228 (1996) ·Zbl 0877.65065号
[73] Shu,C.W.,对流占优问题的高阶加权本质非振荡格式,SIAM Rev.,51,1,82-126(2009)·Zbl 1160.65330号
[74] Titarev,V.A。;Toro,E.F.,三维守恒定律的有限体积WENO格式,J.Compute。物理。,201, 1, 238-260 (2004) ·Zbl 1059.65078号
[75] 潘塔诺,C。;Deiterding,R。;希尔·D·J。;Pullin,D.I.,一种用于可压缩流大涡模拟的基于低数值耗散补丁的自适应网格细化方法,J.Comput。物理。,221, 1, 63-87 (2007) ·Zbl 1125.76034号
[76] 弗伦德,J.B。;Shukla,R.K。;Evan,A.P.,冲击诱导气泡喷射到粘性流体中,应用于冲击波碎石术中的组织损伤,J.Acoust。《美国社会》,第126、5、2746-2756页(2009年)
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