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两相流问题的CutFEM方法。 (英语) Zbl 1440.76054号

小结:在本文中,我们提出了两相Navier-Stokes流的切割有限元方法。该方法的主要特点是制定了一种统一的连续内罚稳定方法,一方面用于平流和压力-速度耦合的稳定,另一方面用于切割区域的稳定。通过扩展虚拟域的开发,提高了算法的准确性,以保证当前域中先前时间步长的明确速度。最后,通过引入曲率平滑技术来降低虚假速度,进一步提高了移动界面算法的鲁棒性。该算法在低毛细管数的流动中表现得非常好,是朝着用于模拟微流体设备中流动的灵活和稳健的CutFEM算法迈出的第一步。

MSC公司:

76M10个 有限元方法在流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
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
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参考文献:

[1] 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, 1, 139-165 (1998) ·Zbl 1398.76051号
[2] Jackmin,D.,使用相场建模计算两相Navier-Stokes流,J.Compute。物理。,155, 1, 96-127 (1999) ·Zbl 0966.76060号
[3] 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
[4] 苏斯曼,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。,114, 1, 146-159 (1994) ·Zbl 0808.76077号
[5] 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, 2, 335-354 (1992) ·兹比尔0775.76110
[6] Donea,J。;A.韦尔塔。;彭霍特,J.P。;罗德里格斯·费朗(Rodriguez-Ferran,A.),《任意拉格朗日-欧莱雅方法》,第14章(2004年),约翰·威利父子有限公司。
[7] 米塔尔·R。;Iaccarino,G.,《浸入式边界方法》,Annu。流体力学版次。,37, 239-261 (2005) ·Zbl 1117.76049号
[8] Unverdi,S。;Tryggvason,G.,《粘性、不可压缩、多流体流动的前跟踪方法》,J.Compute。物理。,100, 1, 25-37 (1992) ·兹比尔0758.76047
[9] 梅伦克,J。;Babuška,I.,单位分割有限元法:基本理论和应用,计算。方法应用。机械。工程,139,1-4,289-314(1996)·兹伯利0881.65099
[10] 莫尔斯,N。;多尔博,J。;Belytschko,T.,《无网格裂纹扩展的有限元方法》,国际。J.数字。方法工程,46,1,131-150(1999)·Zbl 0955.74066号
[11] Chessa,J。;Belytschko,T.,具有表面张力的轴对称两相流的丰富有限元方法和水平集,国际。J.数字。方法工程,58,13,2041-2064(2003)·Zbl 1032.76591号
[12] 格罗,S。;雷切尔,V。;Reusken,A.,两相不可压缩流动的基于有限元的水平集方法,计算。视觉。科学。,9, 4, 239-257 (2006) ·Zbl 1119.76042号
[13] Fries,T.P.,双流体流动的内在XFEM,国际。J.数字。方法流体,60,437-471(2009)·Zbl 1161.76026号
[14] 索尔兰,H。;Fries,T.P.,两相流的稳定XFEM,计算与流体,87,41-49(2013)·Zbl 1290.76073号
[15] Kirchhart,M。;格罗,S。;Reusken,A.,《斯托克斯界面问题的XFEM离散化分析》,SIAM J.Sci。计算。,38、2、A1019-A1043(2016)·Zbl 1381.76182号
[16] 格罗,S。;卢德斯彻,T。;Olshanskii,M。;Reusken,A.,应用于含时Stokes问题的XFEM鲁棒预处理,SIAM J.Sci。计算。,38、6、A3492-A3514(2016)·Zbl 1398.76106号
[17] Lehrenfeld,C。;Reusken,A.,界面问题Nitsche-XFEM离散化的最佳预条件,数值。数学。,135, 2, 313-332 (2017) ·Zbl 1360.65281号
[18] Fries,T.P。;Belytschko,T.,《固有XFEM:无需额外未知量的任意不连续性方法》,国际。J.数字。方法工程,68,13,1358-1385(2006)·Zbl 1129.74045号
[19] 肖特,B。;拉什霍夫,美国。;格雷夫迈耶,V。;Wall,W.A.,《不可压缩两相流的面向面稳定Nitsche型扩展变分多尺度方法》,国际。J.数字。方法工程师,104,7721-748(2015)·Zbl 1352.76067号
[20] 伯曼,E。;克劳斯,S。;Hansbo,P。;Larson,M.G。;Massing,A.,CutFEM:离散几何和偏微分方程,国际。J.数字。方法工程(2014)·Zbl 1352.65604号
[21] 伯曼,E.,幽灵惩罚,C.R.数学。阿卡德。科学。巴黎,348,21-22,1217-1220(2010)·Zbl 1204.65142号
[22] Hansbo,P。;Larson,M.G。;Zahedi,S.,Stokes界面问题的切割有限元方法,应用。数字。数学。,85, 90-114 (2014) ·Zbl 1299.76136号
[23] Massing,A。;Larson,M.G。;Logg,A。;Rognes,M.E.,用于Stokes问题的稳定Nitsche重叠网格方法,数值。数学。,1-29(2014年)·Zbl 1426.76289号
[24] 温特,M。;肖特,B。;Massing,A。;Wall,W.A.,一般Navier边界条件下Oseen问题的Nitsche切割有限元方法,计算。方法应用。机械。工程,330,220-252(2018)·Zbl 1439.76102号
[25] Massing,A。;Larson,M.G。;Logg,A。;Rognes,M.,用于流体-结构相互作用问题的基于Nitsche的切割有限元方法,Commun。申请。数学。计算。科学。,10, 2, 97-120 (2015) ·Zbl 1326.74122号
[26] 伯曼,E。;Fernández,M.A.,使用重叠网格的不可压缩流体-结构相互作用的不合适的Nitsche方法,计算。方法应用。机械。工程,279497-514(2014)·兹比尔1423.74867
[27] Heimann,F。;恩格尔,C。;O.伊普西奇。;Bastian,P.,不可压缩Navier-Stokes两相流的一种不合适的内罚间断Galerkin方法,Internat。J.数字。《液体方法》,71,3,269-293(2013)·Zbl 1430.76364号
[28] 克劳斯,S。;Kerfriden,P.,多个单边接触问题的稳定且最优收敛的LaTIn-CutFEM算法,国际。J.数字。方法工程,113,6,938-966(2018)
[29] 克劳斯,S。;比戈,S。;Kerfriden,P.,脉冲激光烧蚀中Stefan-Signorini问题的CutFEM方法。Stefan-Signorini问题的CutFEM方法及其在脉冲激光烧蚀中的应用,SIAM科学计算杂志,40,5,B1444-B1469(2018)·Zbl 1398.76098号
[30] 海辛,S。;Turek,S。;库兹明,D。;北卡罗来纳州帕罗里尼。;伯曼,E。;Ganesan,S。;Tobiska,L.,二维气泡动力学的定量基准计算,国际。J.数字。《液体方法》,60,11,1259-1288(2009)·Zbl 1273.76276号
[31] 伯曼,E。;Zunino,P.,用不合适的Nitsche方法对大反差问题进行数值逼近,(数值分析前沿-杜伦2010(2011),施普林格),227-282·Zbl 1248.65121号
[32] Lehrenfeld,C。;Olshanskii,M.A.,时间相关域中偏微分方程的欧拉有限元方法(2018),arXiv预印本arXiv:1803.01779
[33] 格罗,S。;Reusken,A.,《两相不可压缩流动的数值方法》(2011年),Springer·Zbl 1222.76002号
[34] 博伊沃,T。;伯曼,E。;克劳斯,S。;Larson,M.,使用无罚Nitsche方法进行边值校正的虚拟域方法,J.Numer。数学。,26, 2, 77-95 (2018) ·Zbl 1395.65149号
[35] Hansbo,P。;Larson,M.G。;Zahedi,S.,闭合曲面上平均曲率向量的稳定有限元近似,SIAM J.Numer。分析。,53, 4, 1806-1832 (2015) ·Zbl 1317.65237号
[36] Winkelmann,C.,Navier-Stokes方程的内罚有限元近似及其在自由面流动中的应用(2007),博士论文
[37] 伯曼,E。;Fernández,医学硕士。;Hansbo,P.,Oseen方程的连续内罚有限元法,SIAM J.Numer。分析。,44, 3, 1248-1274 (2006) ·Zbl 1344.76049号
[38] 伯曼,E。;Fernández,M.A.,含时Navier-Stokes方程的连续内罚有限元方法:空间离散化和收敛,数值。数学。,107, 1, 39-77 (2007) ·Zbl 1117.76032号
[39] Hansbo,P。;Larson,M.G。;Zahedi,S.,时间相关域上耦合体-表面问题的切割有限元方法,计算。方法应用。机械。工程,307,96-116(2016)·Zbl 1436.76025号
[40] 伯曼,E。;Ern,A.,对流和对流扩散方程的连续内罚hp-有限元方法,数学。公司。,76, 259, 1119-1140 (2007) ·Zbl 1118.65118号
[41] 北卡罗来纳州帕罗里尼。;Burman,E.,粘性自由表面流动的有限元水平集方法,416-427(2005)·Zbl 1229.76057号
[42] Di Pietro,D.A。;Forte,S.L.公司。;Parolini,N.,水平集方法的质量保持有限元实现,应用。数字。数学。,56, 9, 1179-1195 (2006) ·Zbl 1126.65089号
[43] Hysing,S.,界面流动的一种新的隐式表面张力实现,国际。J.数字。《液体方法》,51,6,659-672(2006)·Zbl 1158.76350号
[44] 塞纳诺维奇,M。;Hansbo,P。;Larson,M.G.,《计算三角曲面上法线和平均曲率的有限元程序及其在网格细化中的应用》(2017),arXiv预印本arXiv:1703.05745
[45] Alns,M。;布莱希塔,J。;Hake,J。;Johansson,A。;Kehlet,B。;Logg,A。;Richardson,C。;Ring,J。;罗杰斯,M.E。;Wells,G.N.,FEniCS项目1.5版,Arch。数字。软质。,3, 100, 9-23 (2015)
[46] Hale,J.S。;李,L。;C.N.理查森。;Wells,G.N.,便携式、生产性和性能科学计算容器,计算。科学。工程师,19,6,40-50(2017)
[47] Wadell,H.,《岩石颗粒的球形度和圆度》,J.Geol。,41, 3, 310-331 (1933)
[48] Turek,S.,《不可压缩流问题的高效求解器:算法和计算方法》(1999),Springer·Zbl 0930.76002号
[49] 约翰·V。;Matthies,G.,MooNMD-基于映射有限元方法的程序包,计算。视觉。科学。,6, 2-3, 163-170 (2004) ·Zbl 1061.65124号
[50] 钟,C。;Kim,J.M。;Hulsen,医学硕士。;Ahn,K.H。;Lee,S.J.,5:1:5收缩/膨胀微通道流中粘弹性对液滴动力学的影响,化学。工程科学。,64, 22, 4515-4524 (2009)
[51] Harvie,D.J.E。;库珀·怀特,J.J。;Davidson,M.R.,《通过微流体收缩的粘弹性液滴变形》,J.Non-Newton。流体力学。,155, 1-2, 67-79 (2008) ·Zbl 1293.76028号
[52] Hoang,V.T。;Lim,J。;拜恩,C。;Park,J.M.,平面收缩微通道中液滴动力学的三维模拟,化学。工程科学。,176,59-65(2018)
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