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恩戈，长铜;Choi，Hyoung Gwon先生

用于集成有限元/水平集公式的多级自适应网格细化，以模拟具有表面张力的多相流。 （英语） Zbl 1443.65166号

计算。数学。申请。 79，第4期，908-933（2020）.
摘要：利用非结构化P2P1三角网格和四面体网格，实现了一种集成有限元/水平集格式的多级自适应网格细化技术，以模拟具有表面张力的不可压缩界面流动。随着界面的发展，界面附近的线性/二次元素被动态细化，以便以较低的计算成本生成准确的解。通过节点重新排序，将线性单元的自适应网格细化算法扩展为二次单元。通过求解几个基准问题，该算法得到了成功验证。与现有结果相比，对静态气泡问题的模拟可以在忽略杂散电流的情况下给出精确的解决方案。从终端上升速度和终端气泡形状方面，将二维和三维气泡上升问题的模拟结果与现有的数值和实验结果进行了比较。我们发现，即使在高密度比情况下，本算法也能提供稳定准确的解，并且解的精度强烈依赖于界面附近的网格分辨率。此外，与求解不可压缩Navier-Stokes方程和水平集方法的平流/再初始化方程所花费的时间相比，网格细化算法的计算开销非常小，因此，该算法非常有效。最后，本文的三维模拟很好地再现了两个斜气泡的合并场景。

引用于2文件

MSC公司：

2008年6月65日 含偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
65立方米 含偏微分方程初值和初边值问题适定问题的数值方法

关键词：

自适应网格细化;非结构化网格;有限元法;表面张力;水平仪;上升的泡沫

软件：

砰砰声;PROST公司;水蝇
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\textit{L.C.Ngo}和\textit{H.G.Choi}，计算。数学。申请。79，第4号，908--933（2020；Zbl 1443.65166）
全文： 内政部

参考文献：

[1] Ko，T。；Choi，H.G。；Bai，R。；Joseph，D.D.，使用k-（ω）湍流模型方法对湍流波浪核心环状流进行有限元模拟，国际J.Multiph。流量。，28, 1205-1222 (2002) ·Zbl 1137.76638号
[2] Hosny，A.Y.，《用电浮选技术从油水乳状液中分离油》，《科学技术月刊》。，6, 9-17 (1996)
[3] Garstecki，P。；Fuerstman，M.J。；斯通，H.A。；Whitesides，G.M.，微流体T型连接中液滴和气泡的形成尺度和破碎机理，实验室芯片，6，3，437-446（2006）
[4] Ahn，K。；Agresti，J。；Chong，H。；马尔克斯，M。；Weitz，D.A.，微流体通道中尺寸相关流动同步的液滴电聚结，应用。物理学。莱特。，88，第264105条，第（2006）页
[5] 弗朗索瓦，M.M。；康明斯，S.J。；Dendy，医学博士。；科特，D.B。；西西里岛，J.M。；Williams，M.W.，体积跟踪框架内连续和尖锐界面表面张力模型的平衡力算法，J.Compute。物理。，213, 141-173 (2006) ·Zbl 1137.76465号
[6] 雷纳迪，Y。；Renardy，M.，PROST：流体体积法表面张力的抛物线重建，J.Compute。物理。，183, 400-421 (2002) ·兹比尔1057.76569
[7] Popinet，S.，《表面张力驱动界面流动的精确自适应解算器》，J.Compute。物理。，2285838-5866（2009年）·Zbl 1280.76020号
[8] Choi，S.H。；Cho，M.H。；Choi，H.G。；Yoo，J.Y.，Q2Q1集成有限元和半隐式一致CSF，用于求解具有表面张力效应的不可压缩两相流，Internat。J.数字。《液体方法》，81，284-308（2016）
[9] 波皮内特，S。；Zaleski，S.，表面张力精确表示的前跟踪算法，国际。J.数字。液体方法，30，6，775-793（1999）·兹伯利0940.76047
[10] Shin，S。；Abdel-Khalik，S。；达鲁，V。；Juric，D.，使用水平轮廓重建方法精确表示表面张力，J.Compute。物理。，203, 2, 493-516 (2005) ·Zbl 1143.76561号
[11] 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
[12] Herrmann，M.，非结构化流动求解器网格上两相流的平衡力精细水平集网格方法，J.Compute。物理。，227, 2674-2706 (2008) ·Zbl 1388.76252号
[13] 萨斯曼，M。；Almgren，A。；贝尔·J。；科尔拉，P。；豪厄尔，L。；欢迎，M.，不可压缩两相流的自适应水平集方法，J.Comput。物理。，148, 1, 81-124 (1999) ·Zbl 0930.76068号
[14] Losasso，F。；Gibou，F。；Fedkiw，R.，用八叉树数据结构模拟水和烟雾，ACM Trans。图表。，23, 457-462 (2004)
[15] Theodorakakos，Bergeles G.，使用VOF方法和界面周围的自适应网格局部细化模拟尖锐气液界面，国际。J.数字。《液体方法》，45，4，421-439（2004）·Zbl 1085.76551号
[16] Marchandise，E。；Remacle，J.-F.，一种使用非连续水平集方法求解两相不可压缩流动的稳定有限元方法，J.Compute。物理。，219, 780-800 (2006) ·Zbl 1189.76343号
[17] Marchandise，E。；Geuzaine，P。；Chevaugeon，N。；Remacle，J.-F.，使用不连续水平集方法计算气泡动力学的稳定有限元方法，J.Compute。物理。，219780-800（2006年）·Zbl 1189.76343号
[18] Remacle，J.-F。；Chevaugeon，N。；Marchandise，E。；Geuzaine，C.，高阶有限元的高效可视化，国际。J.数字。方法工程，69，750-771（2007）·Zbl 1194.76226号
[19] Compère，G。；Marchandise，E。；Remacle，J.-F.，应用于两相不可压缩流的瞬态自适应性，J.计算。物理。，227, 1923-1942 (2008) ·Zbl 1135.76031号
[20] 郑，X。；Lowengrub，J.等人。；安德森，A。；Cristini，V.，《自适应非结构化体重网格-II：多相流的二维和三维水平集模拟应用》，J.Compute。物理。，208, 626-650 (2005) ·兹比尔1075.65120
[21] Babuska，I.，《拉格朗日乘子有限元法》，数值。数学。，20, 179-192 (1971) ·Zbl 0258.65108号
[22] Yang，X.先生。；詹姆斯·A·J。；Lowengrub，J.等人。；郑，X。；Cristini，V.，《非结构化三角形网格的自适应耦合水平集/体积流体界面捕获方法》，J.Compute。物理。，217, 364-394 (2006) ·Zbl 1160.76377号
[23] F.Hecht，BAMG：二维各向异性网格生成器2006。http://www.ann.jussieu.fr/hecht/ftp/bamg。
[24] Laadhari，A。；萨拉米托，P。；Misbah，C.，通过结合保守水平集和自适应有限元方法计算生物膜动力学，J.Compute。物理。，263328-352（2014）·Zbl 1349.76230号
[25] Kim，H.-G.，《利用界面元法解决流体-固体相互作用问题的新耦合策略》，国际。J.数字。方法工程，81，403-428（2010）·Zbl 1183.74286号
[26] H.科诺。；Tanahashi，T.，使用水平集方法结合自适应网格细化对移动界面进行数值分析，国际。J.数字。《液体方法》，45，921-944（2004）·Zbl 1085.76056号
[27] Chen，T。；Minev，P.D。；Nandakumar，K.，使用自适应欧拉网格的不可压缩多相流投影方案，国际。J.数字。液体方法，45，1-19（2004）·Zbl 1085.76034号
[28] Ngo，L.C。；Choi，H.G.，非结构化网格上多相流水平集模拟的多级自适应网格细化方法，国际。J.数字。方法工程，110，947-971（2017）
[29] Löhner，R.，CFD瞬态问题的自适应有限元格式，计算。方法应用。机械。工程，61，323-338（1987）·Zbl 0611.73079号
[30] Löhner，R.，《应用计算流体动力学技术：基于有限元方法的简介》（2008），威利出版社·Zbl 1151.76002号
[31] 吴强生。；Tseng，K.-C。；Wu，F.-Y.，使用网格细化和可变时间步长方案的并行三维DSMC方法，计算。物理学。Comm.，162166-187（2004）·Zbl 1196.65027号
[32] 扎赫迪，S。；Kronbichler，M。；Kreiss，G.，两相流有限元水平集方法中的杂散电流，国际。J.数字。《液体方法》，69，1433-1456（2012）·Zbl 1253.76066号
[33] 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》，51，659-675（2006）·Zbl 1158.76350号
[34] 雷西，M。；巴斯曼，M。；Mostaghimi，J.，处理界面流动中表面张力的CSF方法的半隐式有限体积实现，国际。J.数字。方法流体，591093-1110（2009）·Zbl 1158.76368号
[35] van der Vorst，H.A.，Bi-CGSTAB:非对称线性系统解的Bi-CG的一种快速且平滑收敛的变体，SIAM J.Sci。统计计算。，12, 631-644 (1992) ·Zbl 0761.65023号
[36] Nam，Y.S。；Choi，H.G。；Yoo，I.Y.，不可压缩Navier-Stokes方程有限元公式的AILU预处理，计算。方法应用。机械。工程，191，4323-4339（2002）·Zbl 1015.76048号
[37] Meijerink，J.A。；van der Vorst，H.A.，《在解决实际问题中出现的线性方程组时使用不完全分解的指南》，J.Compute。物理。，44, 134-155 (1981) ·Zbl 0472.65028号
[38] 林，C.-L。；Lee，H。；Lee，T。；Weber，L.J.，自由表面流动的水平集特征伽辽金有限元方法，国际。J.数字。《液体方法》，49，521-547（2005）·Zbl 1185.76814号
[39] Ngo，L.C。；Choi，H.G.，非结构化网格水平集方法的高效直接重新初始化方法，计算与流体，154167-183（2017）·Zbl 1390.76343号
[40] Löhner，R.，瞬态问题的自适应重网格，计算。方法应用。机械。工程，75，195-214（1989）·Zbl 0689.68116号
[41] Zhao，Y。；Tan，H.H。；Zhang，B.，一种基于高分辨率特征的隐式双时间步VOF方法，用于非结构化网格上的自由表面流模拟，J.Compute。物理。，183, 233-273 (2002) ·Zbl 1021.76033号
[42] 海辛，S。；Turek，S。；Kuzmin博士。；Parolini，北卡罗来纳州。；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》，60，1259-1288（2009）·Zbl 1273.76276号
[43] Chen，L。；Garimella，S.V。；Reizes，J.A。；Leonardi，E.，《粘性液体中气泡上升的发展》，J.流体力学。，387, 61-96 (1999) ·Zbl 0946.76055号
[44] Wadell，H.，《岩石颗粒的球形度和圆度》，J.Geol。，41, 310-331 (1933)
[45] 托森，G。；Stordalen，R.M。；Terjesen，S.G.，《关于循环液滴和振荡液滴的终端速度》，化学。工程科学。，23, 413-426 (1968)
[46] 萨斯曼，M。；Smereka，P.，轴对称自由边界问题，流体力学杂志。，341, 269-294 (1997) ·Zbl 0892.76090号
[47] 北巴尔卡扎尔。；Jofre，L。；Lehmkuhl，O。；卡斯特罗，J。；Rigola，J.，在非结构化网格上模拟两相流的有限体积/水平集方法，国际J.Multiph。流量。，64, 55-72 (2014)
[48] Grace，J.R.，《无限液体中气泡上升的形状和速度》，Trans。仪器化学。工程师，51，116-120（1973）
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