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模拟浸没粒子相互作用的DF-IBM/NSCD耦合框架。 (英语) Zbl 1439.74405号

摘要:浸没颗粒流广泛存在于不同形式(不同规模)的不同领域,如自然界(河流、淤泥、大气、血液……)和许多工业应用(洗涤剂、化妆品等)中。正确地研究这种流动需要很好地描述其动力学背后的物理:流体/固体相互作用(FSI)、固体/固体相互影响(SSI)和各种尺度的耦合机制。
在这项工作中,开发了一种新的模拟浸没颗粒流的耦合框架。FSI已使用直接驱动浸没边界法(DF-IBM)建模,并在并行化的“PELICANS”C++库中实现。在该DF-IBM中,包括直接强迫项在内的所有数学方程都在空间和时间上离散化,并通过有限体积和欧拉网格上的投影方法迭代求解。可以平滑的锐边界面用于表示流体/固体过渡。基于“LMGC90”开源库中开发的非光滑接触动力学(NSCD)方法,在晶粒尺度上对多重SSI进行建模。两个软件“PELICANS”和“LMGC90”(称为Xper)的耦合为模拟和研究稠密浸没颗粒流提供了一个有效的框架,同时考虑了颗粒之间的高级接触定律和流体动力相互作用。在本文中,我们讨论了在两个沉降固体圆盘周围施加数值流体环(或流体-颗粒)对修正其动力学的影响。Xper中实现的DF-IBM方法在固定刚性圆柱基准上的二维流动以及在不同雷诺数下不可压缩层流流体中刚性浮球的沉降上进行了验证。数值结果与文献中的实验和数值数据吻合良好。

MSC公司:

74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
74E20型 粒度
76T25型 颗粒流
74-04 可变形固体力学相关问题的软件、源代码等
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: DOI程序 哈尔

参考文献:

[1] 十Cate,A。;Nieuwstad,C.H。;Derksen,J.J。;Van den Akker,H.E.a.,粒子成像测速实验和格子Boltzmann对重力下单个球体沉降的模拟,Phys。流体,14,11,4012(2002)·Zbl 1185.76073号
[2] Blaise,N.,高浓度悬浮液的溃坝问题,Appl。流变学。,10, 5, 224-230 (2000)
[3] 布兰科·F。;Lemaire,E。;Peters,F.,《振荡横切集中悬浮液中密球的可调下落速度》,《流体力学杂志》。,746, 1-10 (2014) ·Zbl 1416.76324号
[4] Peskin,C.,《心脏瓣膜周围的流动模式:一种数值方法》,J.Compute。物理。,10252-271(1972年)·Zbl 0244.9202号
[5] Peskin,C.,《心脏血流的数值分析》,J.Compute。物理。,25, 220-252 (1977) ·Zbl 0403.76100号
[6] Peskin,C.,《心脏瓣膜的流体动力学:实验、理论和计算方法》,年。流体力学版次。,14, 235-259 (1982) ·Zbl 0488.76129号
[7] Mohd-Yusof,J.,《复杂几何形状水流模拟的浸没边界/b样条组合方法》,(美国大学,年度研究简报(1997),湍流研究中心:加利福尼亚州斯坦福湍流研究中心),317-327
[8] Fadlun,E。;Verzicco,R。;Mohd-Yusof,J.,三维复杂流动模拟的组合浸没边界有限差分方法,J.Compute。物理。,161, 1, 35-60 (2000) ·Zbl 0972.76073号
[9] 米塔尔·R。;Iacarino,G.,《浸没边界法》,年。流体力学版次。,37, 239-261 (2005) ·Zbl 1117.76049号
[10] 哈洛,F.H。;Welch,J.E.,含自由表面流体随时间变化的粘性不可压缩流动的数值计算,物理。流体,8,12,2182-2189(1965)·兹比尔1180.76043
[11] Chorin,A.J.,Navier-Stockes方程的数值解,数学。公司。,22, 104, 745-762 (1968) ·Zbl 0198.50103号
[12] Van Kan,J.,粘性不可压缩流的二阶精确压力修正方案,SIAM J.Sci。统计计算。,7, 870 (1986) ·Zbl 0594.76023号
[13] Turek,S.,不可压缩流问题的有效求解器:从计算角度来看的算法方法(1998)
[14] Caltagirone,J.-p.,Sur I’interaction fluide-millieu poreux;应用程序计算在流体粘度障碍物上的作用力,C.R.Acad。科学。,318、II、571-577(1994)·Zbl 0795.76080号
[15] Khadra,K。;Angot,P。;帕奈克斯,S。;Caltagirone,J.-p.,Navier-Stokes方程数值建模的虚拟域方法,国际。J.数字。液体方法,34,651-684(2000)·Zbl 1032.76041号
[16] Zohdi,T.,《功能化流体中嵌入的电磁敏感粒子运动》,计算机。第部分。机械。,1, 27-45 (2014)
[18] Schäfer,M。;Turek,S.,圆柱体周围层流的基准计算,(Hirschel,E.,高性能计算机的流动模拟II。高性能计算机流动模拟II,数值流体力学注释,第52卷(1996))·Zbl 0874.76070号
[19] 奥登,J。;Pires,E.,弹性接触问题的非局部和非线性摩擦定律和变分原理,ASME J.应用。机械。,50, 67-76 (1983) ·Zbl 0515.73121号
[20] Martins,J。;Oden,J.,存在性和唯一性导致具有非线性法向和摩擦界面的动力学接触问题,非线性分析。,11, 407-428 (1987) ·Zbl 0679.73050号
[21] Jean,M.,非光滑接触动力学方法,计算。方法应用。机械。工程,177,235-257(1999)·Zbl 0959.74046号
[23] Moreau,J.-J.,有限自由动力学中的单侧接触和干摩擦·Zbl 0703.73070号
[24] Zohdi,T.,粒子流体系统中强耦合多场相互作用的计算,计算。方法应用。机械。工程,196,3927-3950(2007)·Zbl 1173.76418号
[25] Zohdi,T.,用交错自适应时域有限差分法模拟掺颗粒电介质中的耦合微尺度多物理场,计算。方法应用。机械。工程,199,79-101(2010)·Zbl 1225.78013号
[26] Wachs,A.,Peligriff,三维颗粒流的并行dem-dlm/fd直接数值模拟工具,J.工程数学。,71, 1, 131-155 (2011) ·兹比尔1269.76088
[27] 伊扎德,E。;Bonometi,T。;Lacaze,L.,《粘性流体中球体接近并在墙上反弹的动力学建模》,J.流体力学。,747, 422-446 (2014) ·Zbl 1371.76060号
[28] S.Ghosh,J.M.Stockie,《使用浸没边界法进行颗粒沉降的数值模拟》,ArXiv e-prints(2013)1-46。;S.Ghosh,J.M.Stockie,使用浸没边界法对颗粒沉降进行数值模拟,ArXiv电子指纹(2013)1-46。
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