E.A.温泽尔。;南卡罗来纳州加里克。 在欧拉网格上模拟不混溶多相流的点-质量粒子方法。 （英语） Zbl 1453.76171号 J.计算。物理学。 397，文章ID 108835，37 p.（2019）. 摘要：我们提出了一种用于非混相多相流系统建模和模拟的欧拉-拉格朗日方法。Naiver-Stokes方程在传统欧拉网格上求解，流体质量和相位信息由拉格朗日粒子离散。这种方法很新颖，因为粒子的运动速度可以加强粒子场密度和流体密度之间的一致性。该方法的优点在于：（i）可以很容易地表示任意数量的相，（ii）粒子在空间中保持均匀分布，甚至接近合并和发散特征，（iii）质量守恒易于控制，以及（iv）该方法适用于广泛的库朗数。推导了控制方程，提出了一种适用于不可压缩流动的数值方法。性能通过标准的二维和三维相传输测试进行评估，作为欧拉网格分辨率和拉格朗日粒子分辨率的函数。结果表明，无论是欧拉网格分辨率还是粒子分辨率，形状误差均收敛于一阶，而质量守恒误差收敛于平方根。该方法成功地模拟了膨胀椭圆区域、静止和振荡液滴、剪切流中的液滴、Rayleigh-Taylor不稳定性以及液滴的气流雾化。 MSC公司： 76米28 粒子法和晶格气体法 65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等 76T06型 液-液双组分流动 76T10型 液气两相流，气泡流 关键词：多相流;多相流模拟;界面流动模拟;点质量粒子;耦合欧拉-拉格朗日相位跟踪 软件：PROST公司;NDSPMHD公司 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{E.A.Wenzel}和\textit{S.C.Garrick}，J.Comput。物理学。397，文章ID 108835，37 p.（2019；Zbl 1453.76171） 全文： DOI程序 参考文献： [1] 希特，C.W。；Nichols，B.D.，自由边界动力学的流体体积（VOF）方法，J.Compute。物理。，39, 201-225 (1981) ·Zbl 0462.76020号 [3] 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》，Phys。流体A，114146-159（1994）·兹比尔0808.76077 [4] 萨斯曼，M。；Puckett，E.G.，用于计算3D和轴对称不可压缩两相流的耦合液位集和流体体积法，J.Compute。物理。，162, 301-337 (2000) ·Zbl 0977.76071号 [5] 奥尔森，E。；Kreiss，G.，两相流的保守水平集方法，J.Compute。物理。，210, 225-246 (2005) ·Zbl 1154.76368号 [6] Menard，T。；Tanguy，S。；Berlemont，A.，耦合水平集/VOF/鬼流体方法：验证和应用于液体射流初级破碎的3D模拟，国际J.Multiph。流量，33，510-524（2007） [7] 奥尔森，E。；Kreiss，G。；Zahedi，S.，两相流的保守水平集方法II，J.Compute。物理。，225, 785-807 (2007) ·Zbl 1256.76052号 [8] Desjardins，O。；穆罗，V。；Pitsch，H.，《模拟湍流雾化的精确保守水平集/虚流体方法》，J.Compute。物理。，227, 8395-8416 (2008) ·Zbl 1256.76051号 [9] 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) ·兹比尔1388.76252 [10] Desjardins，O。；Pitsch，H.，《模拟多相流的光谱细化界面方法》，J.Compute。物理。，20, 1658-1677 (2009) ·Zbl 1409.76096号 [11] 恩赖特，D。；Fedkiw，R。；Ferziger，J。；Mitchell，I.，用于改进界面捕捉的混合粒子水平集方法，J.Compute。物理。，183, 83-116 (2002) ·Zbl 1021.76044号 [12] 恩赖特，D。；Losasso，F。；Fedkiw，R.，一种快速准确的半拉格朗日粒子水平集方法，计算。结构。，83, 479-490 (2005) [13] 李，Z。；Jaberi，F.A。；Shih，T.I.-P.，《用于双流体湍流数值模拟的混合拉格朗日-欧拉粒子水平集方法》，《国际数值杂志》。方法流体，562271-2300（2008）·Zbl 1388.76303号 [14] Bermejo，R。；Prieto，J.L.，界面问题的半拉格朗日粒子水平集有限元方法，SIAM J.Sci。计算。，35，A1815-A1846（2013）·Zbl 1362.65102号 [15] 埃尔南德斯，J。；洛佩斯，J。；Gómez，P。；Zanzi，C。；Faura，F.，《三维流体新体积法——第一部分：具有面匹配通量多面体的多维平流法》，国际期刊Numer。《液体方法》，58897-921（2008）·Zbl 1151.76552号 [16] 韦茅斯，G。；Yue，D.，cartesian网格上自由表面模拟的保守流体体积法，J.Compute。物理。，229, 2853-2865 (2010) ·Zbl 1307.76064号 [18] Owkes，M。；Desjardins，O.，保守、三维、非分裂、几何输运的计算框架，应用于流体体积（VoF）方法，J.Compute。物理。，270, 587-612 (2014) ·Zbl 1349.76636号 [19] Owkes，M。；Desjardins，O.，《用于模拟多相流的质量和动量守恒的半拉格朗日框架》，J.Compute。物理。，332, 21-46 (2017) ·Zbl 1378.76119号 [20] Moretti，G.，《带冲击的流量计算》，Annu。流体力学版次。，19, 313-337 (1987) [21] S.O.Unverdi。；Tryggvason，G.，《粘性、不可压缩、多流体流动的前跟踪方法》，J.Compute。物理。，100, 25-37 (1992) ·Zbl 0758.76047号 [22] 托雷斯，D.J。；Brackbill，J.U.，《点集方法：无连接的前跟踪》，J.Compute。物理。，165, 620-644 (2000) ·Zbl 0998.76070号 [23] 戈伊斯，J.P。；Nakano，A。；Nonato，L.G。；Buscaglia，G.C.，移动最小二乘曲面的前向跟踪，J.Compute。物理。，227, 9643-9669 (2008) ·兹比尔1153.65017 [24] 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, 4012-4037 (2009) ·Zbl 1171.76046号 [25] 哈洛，F.H。；Welch，J.E.，具有自由表面的流体随时间变化的粘性不可压缩流动的数值计算，Phys。流体，82182-2189（1965）·Zbl 1180.76043号 [26] Harlow，F.H.，《流体动力学的颗粒-细胞计算方法》，《计算方法》。物理。，3, 319-343 (1964) [27] 刘杰。；Koshizuka，S。；Oka，Y.，《粘性、不可压缩、多相流的混合颗粒-网格法》，J.Compute。物理。，65-93 (2005) ·Zbl 1061.76069号 [28] Edwards，E。；Bridson，R.，《一种高阶准确的颗粒-细胞方法》，《国际数值杂志》。方法工程，90，1073-1088（2012）·Zbl 1242.76268号 [29] Morris，J.P.，《用光滑粒子流体动力学模拟表面张力》，《国际数值杂志》。液体方法，33，333-353（2000）·Zbl 0985.76072号 [30] Nishio，N。；雅马纳，K。；Yamaguchi，Y。；Inaba，T。；Kuroda，K。；Nakajima，T。；Ohno，K。；Fujimura，H.，液滴撞击液体表面直至随后形成沃辛顿射流的大规模SPH模拟，Int.J.Numer。《液体方法》，631435-1447（2010）·Zbl 1425.76200号 [31] 刘，M.B。；Liu，G.R.，《光滑粒子流体动力学（SPH）：概述和最新发展》，Arch。计算。方法工程，17，25-76（2010）·Zbl 1348.76117号 [32] Sirotkin，F.V。；Yoh，J.J.，《模拟液体射流破碎的新粒子方法》，J.Compute。物理。，231, 1650-1674 (2012) ·Zbl 1408.76424号 [33] Lei，H。；蒙迪，C.J。；Schenter，G.，《利用平滑耗散粒子动力学模拟纳米流体动力学》，J.Chem。物理。，142，第194504条pp.（2015） [34] 塔塔科夫斯基，A.M。；Panchenko，A.，多相流的成对力平滑粒子流体动力学模型：表面张力和接触线动力学，J.Comput。物理。，305, 1119-1146 (2016) ·Zbl 1349.76739号 [35] Gorokhovski，M。；Herrmann，M.，《初级雾化建模》，年。流体力学版次。，40, 343-366 (2008) ·Zbl 1232.76058号 [36] Shinjo，J。；Umemura，A.，《液体喷射初步破碎的模拟：韧带和液滴形成的动力学》，国际期刊Multiph。流量，36，513-532（2010） [37] 施罗德，C。；郑伟。；Fedkiw，R.，欧拉模拟网格上拉格朗日表面网格的半隐式表面张力公式，J.Compute。物理。，231, 2092-2115 (2012) ·Zbl 1382.76197号 [38] 郑伟。；朱，B。；Kim，B。；Fedkiw，R.，带表面张力的混合粒子MAC网格表示的一种新的不可压缩性离散化，J.Compute。物理。，280, 96-142 (2015) ·Zbl 1349.76070号 [39] Wang，L。；Khayyer，A。；H.Gotoh。；姜强。；Zhang，C.，通过合并背景网格方案增强基于投影的粒子方法中的压力计算，应用。海洋研究，86，320-339（2019） [40] Marrone，S.公司。；Mascio，A.D。；Touze，D.L.，自由表面流动的光滑粒子流体动力学与有限体积法的耦合，J.Compute。物理。，310, 161-180 (2016) ·Zbl 1349.76716号 [41] 希伯，S.E。；Koumoutsakos，P.，《拉格朗日粒子能级集方法》，J.Compute。物理。，210, 342-367 (2005) ·Zbl 1076.65087号 [42] Liu，W.，《湍流喷雾的高级模拟和建模》（2014），明尼苏达大学博士论文 [43] Wenzel，E.A。；库拉基，F.A。；Garrick，S.C.，层流边界层中液-液滴加热的建模与模拟，国际热质传递杂志。，97, 653-661 (2016) [44] Wenzel，E.A。；Garrick，S.C.，用拉格朗日流体体积法建模和模拟液滴动力学，（第二届热与流体工程会议论文集。第二届热与流体工程会议论文集，美国内华达州拉斯维加斯（2017）） [45] Wenzel，E.A。；Garrick，S.C.，《多相流模拟的有限粒子方法》（《第29届液体雾化和喷雾系统年会论文集》，第29届美国佐治亚州亚特兰大液体雾化和喷射系统年会文献集（2017）） [46] 王，H。；阿古斯塔，R。；van Hunen，J.，粒子-细胞方法中保守速度插值（CVI）方案的优点及其在地球动力学建模中的应用，Geochem。地球物理学。地质系统。，2015-2023 (2015) [47] Brackbill，J.U.，《低速流颗粒间计算中的振铃不稳定性》，J.Compute。物理。，75, 469-492 (1988) ·Zbl 0638.76068号 [49] H.Gotoh。；Khayyer，A.，《关于海岸和海洋工程粒子方法的最新进展》，Coast。《工程师杂志》，60，79-103（2018） [50] Koshizuka，S。；Oka，Y.，《不可压缩流体破碎的移动粒子半隐式方法》，Nucl。科学。工程，123，421-434（1996） [51] Xu，R。；斯坦斯比，P。；Laurence，D.，基于投影方法和新方法J.Compute的不可压缩SPH（ISPH）的准确性和稳定性。物理。，228, 6703-6725 (2009) ·Zbl 1261.76047号 [52] 林德·S。；Xu，R。；斯坦斯比，P。；Rogers，B.，《自由表面流动的不可压缩平滑粒子流体动力学：脉冲流和传播波稳定性和验证的基于扩散的通用算法》，J.Compute。物理。，231, 1499-1523 (2012) ·兹比尔1286.76118 [54] Khayyer，A。；H.Gotoh。；Shimizu，Y.，两种粒子正则化方案的精度和守恒性的比较研究，以及ISPH背景下优化粒子移位方案的建议，J.Compute。物理。，332, 236-256 (2017) ·Zbl 1378.76094号 [55] Khayyer，A。；H.Gotoh。；Shimizu，Y.，一种基于投影的粒子方法，用于具有大密度比和不连续密度场的多相流，计算。流体，179，356-371（2019）·Zbl 1411.76138号 [56] Price，D.J.，《光滑粒子流体动力学和磁流体动力学》，计算机科学杂志。物理。，227, 759-794 (2012) ·Zbl 1402.76100号 [57] Monaghan，J.，《平滑粒子流体动力学》，年。阿斯顿牧师。天体物理学。，30543-574（1992年） [58] 塔塔科夫斯基，A.M。；Meakin，P.，使用平滑粒子流体动力学对不混溶和混溶流体流动进行孔隙尺度建模，Adv.Water Resour。，29, 1464-1478 (2006) [59] Lucy，L.，裂变假说测试的数值方法，Astron。J.，82，1013-1024（1977） [60] Leveque，R.，不可压缩流平流的高分辨率保守算法，SIAM J.Numer。分析。，33, 627-665 (1996) ·Zbl 0852.76057号 [61] 洛佩斯，J。；埃尔南德斯，J。；Gómez，P。；Faura，F.，基于多维平流和样条界面重建的流体体积法，J.Compute。物理。，195, 718-742 (2004) ·Zbl 1115.76358号 [62] Fedkiw，R.P。；Aslam，T。；梅里亚姆，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, 457-492 (1999) ·Zbl 0957.76052号 [63] Wenzel，E.A。；Garrick，S.C.，计算表面张力的有限粒子法的动态评估，（第14届液体雾化和喷雾系统国际会议论文集。第14届国际液体雾化和喷射系统会议论文集，美国伊利诺伊州奇卡科（2018）） [64] Wenzel，E.A。；Garrick，S.C.，流体模拟体积中计算界面曲率的有限粒子方法，At.Sprays，28，141-160（2018） [65] 莫纳汉，J。；Rafiee，A.，《高密度比多流体流动的简单SPH算法》，国际J·数值。方法流体，71537-561（2013）·Zbl 1430.76400号 [66] Khayyer，A。；Gotoh，H.，《提高MPS无网格颗粒法在高密度比多相流中的性能和稳定性》，J.Compute。物理。，242, 211-233 (2013) ·Zbl 1314.76036号 [67] 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) ·Zbl 1057.76569号 [68] Owkes，M。；捕获，E。；塞内卡尔，J。；Currie，R.A.，动态气液界面预测模拟曲率评估尺度的重要性，J.Compute。物理。，365, 37-55 (2018) ·兹比尔1395.76101 [69] Stone，H.，粘性流体中液滴变形和破碎动力学，年。流体力学版次。，26, 65-102 (1994) ·Zbl 0802.76020号 [70] 李，J。；Renardy，Y.Y。；Renardy，M.，通过流体体积法对简单剪切流中粘性液滴破碎的数值模拟，Phys。流体，12269-282（2000）·Zbl 1149.76454号 [71] Hinze，J.，《弥散过程中分裂的流体力学机制基础》，AIChE J.，1289-295（1955） [72] Jain，M。；普拉卡什，R。；托马尔，G。；Ravikrishna，R.，中等韦伯指数下跌的二次破裂，Proc。R.Soc.A，471，第20140930条，pp.（2015） 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。