×

移动区域中Robin边界条件对流扩散问题的混合半拉格朗日切元法。 (英语) Zbl 07524800号

摘要:我们提出了一种新的离散化方法,用于求解复杂时变域上具有Robin边界条件的平流扩散问题。该方法基于由D.博奇科夫F.吉布《计算物理学杂志》3761156-1198(2019年;Zbl 1416.65409号)]离散拉普拉斯算子和罗宾边界条件。为了克服小单元问题,我们使用分裂方案和半拉格朗日方法来处理平流。我们证明了分析检验问题和数值收敛研究的\(L^1 \)、\(L^2 \)和\(L^\ infty \)范数的二阶精度。我们还演示了该方案跨越移动边界将一种化学物质转换为另一种化学物的能力。

MSC公司:

6500万 偏微分方程、初值和含时初边值问题的数值方法
7.6亿 流体力学的基本方法
65新元 偏微分方程边值问题的数值方法

软件:

PETSc公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 阿里亚斯,V。;博奇科夫,D。;Gibou,F.,带Robin边界条件的不规则区域中的泊松方程-带二阶精确梯度的求解器,J.Compute。物理。,365, 1-6 (2018) ·Zbl 1398.65269号
[2] 巴莱,S。;Abhyankar,S。;亚当斯,M。;Brown,J.等人。;布鲁纳,P。;Buschelman,K。;达尔星。;Dener,A。;埃伊霍特,V。;格罗普,W。;卡佩耶夫,D。;考希克,D。;Knepley,M。;D.梅。;McInnes,L.C.公司。;Mills,R.T。;Munson,T。;鲁普,K。;萨南,P。;B.史密斯。;扎皮尼,S。;张,H。;Zhang,H.,PETSc用户手册(2020年),阿贡国家实验室,技术代表ANL-95/11-3.13版
[3] 巴莱,S。;Abhyankar,S。;亚当斯,M。;Brown,J.等人。;布鲁纳,P。;Buschelman,K。;达尔星。;Dener,A。;埃伊霍特,V。;格罗普,W。;卡佩耶夫,D。;考希克,D。;Knepley,M。;D.梅。;McInnes,L.C.公司。;Mills,R.T。;Munson,T。;鲁普,K。;萨南,P。;B.史密斯。;扎皮尼,S。;张,H。;Zhang,H.,PETSc网页(2019年)
[4] 巴莱,S。;格罗普,W.D。;McInnes,L.C.公司。;Smith,B.F.,《面向对象数值软件库中并行性的有效管理》,(Arge,E.;Bruaset,A.M.;Langtangen,H.P.,《科学计算中的现代软件工具》(1997),Birkhäuser Press),163-202·Zbl 0882.65154号
[5] Bayona,V.,插值和导数近似的移动最小二乘法和RBF+poly的比较,科学杂志。计算。,81, 1, 486-512 (2019) ·Zbl 1462.65020号
[6] Becerra-Sagredo,J。;马拉加,C。;Mandujano,F.,《动量保持和高分辨率半拉格朗日平流方案》,SIAM J.Sci。计算。,38,4(2016),A2141-A2161·Zbl 1342.76001号
[7] 比拉特,宾夕法尼亚州。;罗杰·E。;福雷,S。;Lagarce,F.,《小肠药物吸收模型:我们在哪里,我们要去哪里?》?,药物研发。今天,22,5761-775(2017)
[8] 博奇科夫,D。;Gibou,F.,在分段光滑界面上用Robin边界条件求解泊松型方程,J.Compute。物理。,376, 1156-1198 (2019) ·Zbl 1416.65409号
[9] Bouchon,F。;Peichl,G.H.,移动区域上热方程数值解的浸入式界面技术,(数值数学与高级应用2009(2010),施普林格-柏林-海德堡:施普林格–柏林-海德堡-柏林,海德堡),181-189·Zbl 1216.65100号
[10] Chai,M。;罗,K。;邵,C。;Wang,H。;Fan,J.,不规则区域上具有Robin边界条件的传热和传质有限差分离散化方法,J.Compute。物理。,400,第108890条pp.(2020)·Zbl 1453.65211号
[11] Durran,D.R.,《半拉格朗日方法》,303-333(1999)
[12] Fletcher,S.J.,《半拉格朗日平流方法及其在地球科学中的应用》(2019),爱思唯尔
[13] 传单,N。;福恩伯格,B。;巴约纳,V。;Barnett,G.A.,《关于多项式在RBF-FD近似中的作用:I.插值和精度》,J.Compute。物理。,321, 21-38 (2016) ·Zbl 1349.65642号
[14] Fogelson,A.L。;Neeves,K.B.,《血栓形成的流体力学》,年。流体力学版次。,47, 1, 377-403 (2015)
[15] Gloede,E。;Cichocki,J.A。;巴尔迪诺,J.B。;Morris,J.B.,一种经验证的混合计算流体动力学-基于生理学的人体和大鼠呼吸道蒸汽吸收药代动力学模型及其在双乙酰、毒物吸入剂量测定中的应用。科学。,123, 1, 231-246 (2011)
[16] 格里菲斯,B.E。;Hornung,R.D。;McQueen博士。;Peskin,C.S.,浸入式边界法的一种自适应形式上的二阶精确版本,J.Compute。物理。,223, 1, 10-49 (2007) ·兹比尔1163.76041
[17] 格里菲斯,B.E。;Patankar,N.A.,《流体-结构相互作用的浸没法》,年。流体力学版次。,52421-448(2020)·Zbl 1439.76140号
[18] Helgadóttir,Á。;Ng,Y.T。;最小值C。;Gibou,F.,在水平集框架中施加混合Dirichlet-Neumann-Robin边界条件,计算。流体,121,68-80(2015)·Zbl 1390.65132号
[19] Hornung,R.D。;Kohn,S.R.,在SAMRAI面向对象框架中管理应用程序复杂性,Concurr。计算。,14, 5, 347-368 (2002) ·Zbl 1008.68527号
[20] IBMMR:浸入式边界法的自适应分布式内存并行实现。版本0.8.0
[21] Iske,A。;Käser,M.,自适应非结构化网格上的保守半拉格朗日平流,数值。方法部分差异。Equ.、。,20, 3, 388-411 (2004) ·Zbl 1048.65084号
[22] 卡多克,B。;科洛门斯基,D。;Angot,P。;Schneider,K.,《带移动障碍物的不可压缩流和标量平流扩散的体积惩罚方法》,J.Compute。物理。,231, 12, 4365-4383 (2012) ·Zbl 1244.76074号
[23] Klein,R。;贝茨,K.R。;Nikiforakis,N.,《大气流动的井平衡可压缩切割细胞模拟》,Philos。事务处理-皇家社会,数学。物理学。工程科学。,367, 1907, 4559-4575 (2009) ·Zbl 1192.86013号
[24] 科拉杜兹,E.M。;Bhalla,A.P.S。;克雷文,B.A。;Griffith,B.E.,离散表面的浸入式界面方法,计算机J。物理。,400,第108854条pp.(2020)·Zbl 1453.76075号
[25] 雷德曼,K。;Fogelson,A.L.,《随流生长:血小板沉积和血液流动下凝血的时空模型》,数学。医学生物学。,28, 1, 47-84 (2011) ·Zbl 1211.92030号
[26] Lentine,M。;Grétarsson,J.T。;Fedkiw,R.,无条件稳定的完全保守半拉格朗日方法,J.Compute。物理。,230, 8, 2857-2879 (2011) ·Zbl 1316.76076号
[27] 李,X。;Lowengrub,J。;Ratz,A。;Voigt,A.,求解复杂几何中的偏微分方程,Commun。数学。科学。,7, 1, 81-107 (2009) ·Zbl 1178.35027号
[28] 刘建科。;Zheng,Z.s.,带界面热方程的高效高阶浸没界面法,应用。数学。机械。,1189-1202年9月35日(2014年)·Zbl 1298.65124号
[29] 南卡罗来纳州五月。;Berger,M.,嵌入边界网格中切割单元的显式隐式格式,J.Sci。计算。,71, 3, 919-943 (2017) ·Zbl 1372.65250号
[30] 最小值C。;Gibou,F.,不规则域上的几何积分及其在水平集方法中的应用,J.Compute。物理。,226, 2, 1432-1443 (2007) ·Zbl 1125.65021号
[31] Nangia,N。;格里菲斯,B.E。;北卡罗来纳州巴坦卡。;Bhalla,A.P.S.,高密度比多相流的鲁棒不可压缩Navier-Stokes解算器,J.Compute。物理。,390, 548-594 (2019) ·Zbl 1452.76157号
[32] Pacheco-Vega,A。;帕切科,J.R。;Rodić,T.,《浸没边界法对流和扩散传热中边界条件的通用格式》,J.heat Transf。,129, 11, 1506-1516 (2007)
[33] Pang,K.S.,《肠道药物吸收建模:转运蛋白和代谢酶的作用》(Gillette综述系列),药物代谢。处置。,31, 12, 1507-1519 (2003)
[34] 帕帕克,J。;Gibou,F。;Ratsch,C.,《带Robin边界条件的泊松、热和Stefan型问题的有效对称离散化》,J.Compute。物理。,229, 3, 875-889 (2010) ·Zbl 1182.65140号
[35] Peskin,C.S.,浸没边界法,数字学报。,11, 479-517 (2002) ·Zbl 1123.74309号
[36] 卡迪尔,S。;Griffith,B.E.,《光滑强迫扩张法:求解复杂区域上椭圆方程的高阶技术》,J.Compute。物理。,439,第110390条pp.(2021)·Zbl 07512330号
[37] Russo,G。;Filbet,F.,Semilagrangian格式应用于稀薄气体动力学BGK模型的移动边界问题,Kinet。相关。模型,2,1,231-250(2009)·Zbl 1372.76090号
[38] 施耐德,L。;哈特曼,D。;Meinke,M。;Schröder,W.,《切割细胞方法中的精确移动边界公式》,J.Compute。物理。,235, 786-809 (2013)
[39] 施罗德,J.D。;Kimbell,J.S。;Asgharian,B.,《使用人类鼻腔计算流体动力学模型分析鼻甲和嗅觉区域的颗粒沉积》,《气溶胶医学杂志》,19,3,301-313(2006)
[40] Stein,D.B。;盖伊,R.D。;Thomases,B.,浸入式边界光滑扩展(IBSE):一种求解任意光滑域中不可压缩流的高阶方法,J.Comput。物理。,335, 155-178 (2017) ·Zbl 1375.76038号
[41] Strang,G.,《关于差分格式的构造和比较》,SIAM J.Numer。分析。,5, 3, 506-517 (1968) ·Zbl 0184.38503号
[42] 斯特里查尔斯基,W。;Adalsteinson,D。;Elston,T.,《模拟任意几何形状生化反应网络空间模型的切割细胞方法》,Commun。申请。数学。计算。科学。,5, 1, 31-53 (2010) ·Zbl 1186.92022号
[43] 田,G。;Longest,P.W.,开发CFD边界条件以模拟呼吸道中的瞬态蒸汽吸收,J.Biomech。工程,132,5(2010)
[44] Towers,J.D.,不规则域上泊松问题的源项方法,J.Comput。物理。,361, 424-441 (2018) ·Zbl 1422.65327号
[45] 徐,S。;Wang,Z.J.,《模拟流体与移动边界相互作用的浸没界面法》,J.Compute。物理。,216, 2, 454-493 (2006) ·Zbl 1220.76058号
[46] 姚,L。;Fogelson,A.L.,《细胞悬浮液中化学传输和反应的模拟I:静态情况下的增强强迫点方法》,国际期刊Numer。《液体方法》,69,11,1736-1752(2012)·Zbl 1253.76143号
[47] Yu,H.C。;Chen,H.Y。;Thornton,K.,《求解复杂边界上具有一般边界条件的偏微分方程的扩展平滑边界法》,《模型》。模拟。马特。科学。工程,20,7(2012)
[48] Yu,L.X。;利普卡,E。;Crison,J.R。;Amidon,G.L.,口服给药系统生物药物设计的转运方法:肠吸收预测,高级药物递送。修订版,第19、3、359-376页(1996年)
[49] 张,N。;郑振中。;Eckels,S.,用浸没边界法研究流动中圆柱体表面的传热,国际热流杂志,29,6,1558-1566(2008)
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。