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费边登纳;法比安·埃夫拉德;范瓦赫姆，贝伦德

使用具有隐式表面张力的耦合VOF方法突破毛细管时间步长约束。 （英语） Zbl 07525126号

J.计算。物理学。 459，文章ID 111128，14 p.（2022）.
摘要：毛细管时间步长约束是许多表面张力界面流动模拟中适用时间步长的主要限制，因此，它决定了这些模拟的执行时间。我们提出了一种基于代数流体体积（VOF）方法的全耦合压力算法，该算法结合了可以突破毛细管时间步长约束的隐式线性化表面张力处理。界面的平流与界面流动的动量和连续性方程一起在单个线性方程组中求解，在压力、速度和用于区分相互作用流体的VOF颜色函数之间提供了隐式耦合。表面张力采用连续表面力（CSF）模型的隐式公式进行处理，其中界面曲率和颜色函数的梯度均根据颜色函数隐式处理。本文的结果表明，只要满足其他相关的时间步长限制，包括与表面张力、密度和粘度相关的时间步限制，就可以使用这种新的数值框架应用大于毛细管时间步长的时间步。

引用于5文件

MSC公司：

7.6亿 流体力学基本方法
76天xx 不可压缩粘性流体
6500万 偏微分方程、初值和含时初边值问题的数值方法

关键词：

毛细管时间步长约束;表面张力;耦合算法;流体体积法

软件：

PETSc公司;水蝇
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{F.Denner}等人，J.Compute。物理。459，文章ID 111128，14 p.（2022；Zbl 07525126）
全文： 内政部 arXiv公司

参考文献：

[1] Popinet，S.，表面张力的数值模型，年。Rev.流体机械。，50, 49-75 (2018) ·Zbl 1384.76016号
[2] Brackbill，J。；科特，D。；Zemach，C.，模拟表面张力的连续方法，J.Compute。物理。，100, 335-354 (1992) ·Zbl 0775.76110号
[3] Kothe，D.，《不可压缩界面流的欧拉有限体积法透视》，（Kuhlmann，H.；Rath，H.，《自由表面流》，M卷（1998），Springer:Springer-Wien，纽约），267-331·Zbl 0920.76069号
[4] Hysing，S.，《界面流动的一种新的隐式表面张力实现》，国际期刊数值。《液体方法》，51，659-672（2006）·Zbl 1158.76350号
[5] 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。，228, 5838-5866 (2009) ·Zbl 1280.76020号
[6] 萨斯曼，M。；Ohta，M.，《处理不可压缩两相流中表面张力的稳定有效方法》，SIAM J.Sci。计算。，31, 2447-2471 (2009) ·Zbl 1387.76107号
[7] Lamb，H.，《流体动力学》（1932），剑桥大学出版社
[8] 库兰特，R。；弗里德里希斯（Friedrichs，K.）。；Lewy，H.，《数学物理与数学》，Partiellen Differenzengleichungen der Mathematischen Physik，Math。安，10032-74（1928）
[9] 丹尼·F。；van Wachem，B.，毛细波对数值时间步长的限制，J.Compute。物理。，285, 24-40 (2015) ·Zbl 1351.76028号
[10] Hou，T.Y。；Lowengrub，J.S。；Shelley，M.J.，用表面张力消除界面流动的刚度，J.Compute。物理。，114, 312-338 (1994) ·Zbl 0810.76095号
[11] Bänsch，E.，具有自由毛细管表面的Navier-Stokes方程的有限元离散化，Numer。数学。，88, 203-235 (2001) ·兹比尔0985.35060
[12] 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·数值。《液体方法》，59，1093-1110（2009）·Zbl 1158.76368号
[13] 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
[14] 丹尼·F。；埃夫拉德，F。；van Wachem，B.，《不可压缩、理想气体和实际气体流体在所有速度下流动的保守有限体积框架和基于压力的算法》，J.Compute。物理。，409，第109348条pp.（2020）·兹比尔1435.76043
[15] 希特，C。；Nichols，B.，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
[16] Denner，F.，可压缩流动的完全耦合压力算法：线性化和迭代求解策略，计算。流体，175，53-65（2018）·Zbl 1410.76218号
[17] 丹尼·F。；van Wachem，B.，任意网格的全耦合平衡力VOF框架，基于体积分数的最小二乘曲率评估，Numer。热传输。，B部分，Fundam。，65218-255（2014）
[18] 巴莱，S。；Abhyankar，S。；M.F.亚当斯。；Brown，J。；布鲁纳，P。；Buschelman，K。；达尔星。；埃伊霍特，V。；Kaushik博士。；Knepley，M.G。；May，D.A。；McInnes，L.C.公司。；格罗普，W.D。；鲁普，K。；萨南，P。；B.F.史密斯。；扎皮尼，S。；张，H。；Zhang，H.，《PETSc用户手册》（2017），阿贡国家实验室，技术报告ANL-95/11-第3.8版
[19] 巴莱，S。；Abhyankar，S。；M.F.亚当斯。；Brown，J。；布鲁纳，P。；Buschelman，K。；达尔星。；埃伊霍特，V。；格罗普，W.D。；Kaushik博士。；Knepley，M.G。；McInnes，L.C.公司。；鲁普，K。；B.F.史密斯。；扎皮尼，S。；张，H。；张，H。；第页，PETSc网站（2017年）
[20] Dembo，R。；艾森斯塔特，S。；Steihaug，T.，不精确牛顿方法，SIAM J.Numer。分析。，19, 400-408 (1982) ·Zbl 0478.65030号
[21] 巴托洛缪，P。；丹尼·F。；阿卜杜勒·阿齐斯，M。；马奎斯。；van Wachem，B.，并置变量排列的动量加权插值统一公式，J.Compute。物理。，375, 177-208 (2018) ·Zbl 1416.76137号
[22] Ferziger，J.H。；佩里克，M。；Street，R.L.，《流体动力学计算方法》（2020），施普林格国际出版公司·Zbl 1452.76001号
[23] O.乌宾克。；Issa，R.，在任意网格上捕捉尖锐流体界面的方法，J.Comput。物理。，153, 26-50 (1999) ·Zbl 0955.76058号
[24] 康明斯公司。；弗朗索瓦，M。；Kothe，D.，从体积分数估算曲率，计算。结构。，83, 425-434 (2005)
[25] 雷西，M。；莫斯塔吉米，J。；Bussmann，M.，《对流法向量：两相流建模时计算界面法线和曲率的新方法》，J.Compute。物理。，226, 774-797 (2007) ·Zbl 1310.76130号
[26] Owkes，M。；Desjardins，O.，计算界面曲率的网格解耦高度函数方法，J.Comput。物理。，281, 285-300 (2014) ·Zbl 1351.76289号
[27] 埃夫拉德，F。；丹尼·F。；van Wachem，B.，在二维非结构化网格上使用抛物线重建从体积分数估计曲率，J.Compute。物理。，351, 271-294 (2017) ·Zbl 1375.76124号
[28] 埃弗拉德，F。；丹尼·F。；van Wachem，B.，非均匀笛卡尔网格上任意阶高函数曲率估计，J.Compute。物理。十、 第7条，第100060页（2020年）
[29] Rhie，C.M。；Chow，W.L.，带后缘分离的翼型湍流数值研究，AIAA J.，211525-1532（1983）·Zbl 0528.76044号
[30] 丹尼·F。；埃夫拉德，F。；Serfaty，R。；van Wachem，B.，《利用表面张力缓解流体界面数值伪影的人工粘度模型》，计算。流体，143，59-72（2017）·Zbl 1390.65089号
[31] Prosperetti，A.，《两种叠加粘性流体的运动》，Phys。流体，241217-1223（1981）·Zbl 0469.76035号
[32] 丹尼·F。；帕雷，G。；Zaleski，S.，有限振幅毛细波的色散和粘性衰减，《欧洲物理学》。J.规格顶部。，226, 1229-1238 (2017)
[33] 加卢辛斯基，C。；Vigneaux，P.，《关于具有表面张力的双流体流动的稳定性条件：在微流体中的应用》，J.Compute。物理。，227, 6140-6164 (2008) ·Zbl 1388.76051号
[34] Castrejón-Pita，J。；卡斯特雷贡·皮塔，A。；Thete，S。；Sambath，K。；哈钦斯一世。；辛奇，J。；李斯特，J。；Basaran，O.，《液体纤丝断裂期间的大量转变》，Proc。国家。阿卡德。科学。美国，1124582-4587（2015）
[35] 五世戈帕拉。；van Wachem，B.，《非混溶流体和自由表面流动的流体体积法》，《化学》。Eng.J.，141204-221（2008）
[36] 肖，F。；Ii、S。；Chen，C.，重温THINC方案：一种简单的代数VOF算法，J.Compute。物理。，230, 7086-7092 (2011) ·Zbl 1408.76547号
[37] Youngs，D.L.，具有大流体畸变的时间依赖性多材料流动，（Morton，K.；Baines，M.，《流体动力学数值方法》（1982），学术出版社：纽约学术出版社），273·兹比尔0537.76071
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