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穆罕默德·哈希米。；巴维尔·B·里扎科夫。；里卡多·罗西

一种用于模拟具有表面张力的两相不可压缩流体流动的丰富有限元/水平集方法。 （英语） Zbl 1506.76078号

计算。方法应用。机械。工程师。 370，文章ID 113277，23 p.（2020）.
摘要：引入了一种有限元方法来模拟两种不混溶流体以表面张力为主的流动，这两种流体具有丰富的空间来捕捉强压力和弱压力的不连续性。利用标准有限元形状函数创建了所建议的丰富有限元空间。通过在界面切割的元素的每个节点上仅增加一个额外的自由度，即可捕获不连续性。由于这些附加自由度是剖切元素的局部，因此在按照缩聚过程组装全局方程组之前，将消除这些额外自由度。该方法是稳定的，引入了一个程序，用于在小切口情况下改善对刚度矩阵的富集压力贡献的调节。为了提高该方法在较粗网格上的性能，提出了一种基于人工扩散方程的改进平滑策略。通过求解一系列三维两相流体流动基准来评估该方法的性能。特别注意表面张力占主导地位的情况。通过显示其捕捉球形液滴界面处强压力间断的准确性以及处理静水压液气容器中大压力梯度间断的能力，验证了该方法。通过模拟轻微扰动的球形液滴的振荡，进一步验证了该方法。通过模拟一个长液滴的振荡，评估了该方法的质量守恒性质以及平滑过程对结果的影响。最后，通过模拟液相区域内上升的气泡，在更具挑战性的环境中对该方法进行了测试。

引用于7文件

MSC公司：

76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
76Txx型 多相多组分流动
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

关键词：

两相流；表面张力；稳定富集有限元法；强弱压力不连续性；微流体学；液滴

软件：

github；AMGCL公司；克拉托斯；EdgePack系列
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit｛M.R.Hashemi｝等人，计算机。方法应用。机械。工程370，文章ID 113277，23 p.（2020；Zbl 1506.76078）
全文： 内政部 链接

参考文献：

[1] 帕特尔，H。；达斯，S。；Kuipers，J。；Padding，J。；Peters，E.，一种流体体积与浸没边界耦合方法，用于模拟复杂几何体中三维多相流的接触线动力学，化学。工程科学。，166, 28-41 (2017)
[2] Samiei，E。；沙姆斯，M。；Ebrahimi，R.，一种研究表面张力对空化气泡生长和崩溃阶段影响的新型数值方案，《欧洲医学杂志》。B流体，30，1，41-50（2011）·Zbl 1222.76099号
[3] Falcucci，G。；詹内利，E。；乌贝蒂尼，S。；Succi，S.，应力诱导空化的直接数值证据，J.流体力学。，728, 362-375 (2013) ·Zbl 1291.76321号
[4] Wörner，M.，微流体和微过程工程中多相流的数值模拟：方法和应用综述，微流体。纳米流体，12，6，841-886（2012）
[5] 方，C。；希德罗沃，C。；Wang，F.-m。；伊顿，J。；Goodson，K.，微尺度两相流接触角滞后的三维数值模拟，国际J.Multiph。流量。，34, 7, 690-705 (2008)
[6] Talimi，V.公司。；Muzychka，Y。；Kocabiyik，S.，使用移动参考框架技术对微管中两相段塞流的压降和传热进行数值模拟，《国际传热杂志》，55，23-24，6463-6472（2012）
[7] Jarauta，A。；Ryzhakov，P.，聚合物电解质燃料电池流道中两相传输计算建模的挑战：综述，Arch。计算。方法工程，25，4，1027-1057（2018）
[8] 韦伯，A。；博鲁普，R。；R·达林。；达斯，P。；杜尔施，T。；顾伟（Gu，W.）。；哈维，D。；库索格鲁，A。；利斯特，S。；Mench，M.，《聚合物电解质燃料电池中传输现象建模的评论》，J.Electrochem。Soc.，161，12，F1254-F1299（2014）
[9] 雅鲁塔，A。；Ryzhakov，P。；Pons-Prats，J。；Secanell，M.，《液滴动力学分析的隐式表面张力模型》，J.Compute。物理。，374, 1196-1218 (2018) ·Zbl 1416.76114号
[10] 医学博士Mier-Terrecilla。；Idelsohn，S。；Oñate，E.，用粒子有限元法模拟多流体流动的进展。泡沫动力学应用，国际数值。《液体方法》，67，11，1516-1539（2011）·Zbl 1452.76098号
[11] 图科维奇。；Jasak，H.，表面张力主导界面流体流动的移动网格有限体积界面跟踪方法，计算与流体，55，70-84（2012）·Zbl 1291.76223号
[12] Ryzhakov，P.B。；Jarauta，A.，《不混溶多流体问题的嵌入式方法》，国际。J.数字。《液体方法》，81、6、357-376（2016）
[13] 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) ·Zbl 0775.76110号
[14] 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）·Zbl 0940.76047号
[15] Kang，M。；Fedkiw，R.P。；Liu，X.-D.，多相不可压缩流动的边界条件捕捉方法，科学学报。计算。，15, 3, 323-360 (2000) ·Zbl 1049.76046号
[16] 刘，H。；Krishnan，S。；Marella，S。；Udaykumar，H.，夏普界面笛卡尔网格法II：模拟液滴与任意形状表面相互作用的技术，J.Compute。物理。，210，1，32-54（2005）·Zbl 1154.76358号
[17] 萨斯曼，M。；史密斯，K.M。；侯赛尼，M.Y。；Ohta，M。；Zhi-Wei，R.，《不可压缩两相流的锐界面法》，J.Compute。物理。，221, 2, 469-505 (2007) ·Zbl 1194.76219号
[18] 弗朗索瓦，M.M。；康明斯，S.J。；Dendy，E.D。；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, 1, 141-173 (2006) ·Zbl 1137.76465号
[19] 阿布·阿勒沙特，M.O。；波皮内特，S。；Tchelepi，H.A.，《保守且平衡的表面张力模型》，J.Compute。物理。，371，896-913（2018）·Zbl 1415.76494号
[20] 谢，B。；Jin，P。；杜，Y。；Liao，S.，多面体非结构网格上不可压缩多相流的一致和平衡力模型，国际J.Multiph。流量。，122，第103125条pp.（2020）
[21] Ausas，R.F。；Sousa，F.S。；Buscaglia，G.C.，《间断压力的改进有限元空间》，计算。方法应用。机械。工程，199，17-20，1019-1031（2010）·Zbl 1227.76025号
[22] Hansbo，P。；Larson，M.G。；Zahedi，S.，斯托克斯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] Minev，P。；Chen，T。；Nandakumar，K.，《使用欧拉网格的多流体不可压缩流动的有限元技术》，J.Compute。物理。，187, 1, 255-273 (2003) ·Zbl 1047.76047号
[24] 切斯萨，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
[25] 格罗，S。；Reusken，A.，《具有表面张力的两相不可压缩流的扩展压力有限元空间》，J.Compute。物理。，224, 1, 40-58 (2007) ·Zbl 1261.76015号
[26] Idelsohn，S.R。；Gimenez，J.M。；Marti，J。；Nigro，N.M.，用于处理弱和强不连续场的元素富集空间，计算。方法应用。机械。工程，313535-559（2017）·Zbl 1439.76075号
[27] 科波拉·欧文，A。；Codina，R.，用不连续梯度压力形状函数改进欧拉两相流有限元近似，国际期刊数值。《液体方法》，49，12，1287-1304（2005）·Zbl 1080.76036号
[28] Ausas，R.F。；Buscaglia，G.C。；Idelsohn，S.R.，处理多流体流动中不连续压力的新富集空间，国际。J.数字。《液体方法》，70，7，829-850（2012）·Zbl 1412.76059号
[29] Bruchon，J。；刘，Y。；Moulin，N.，流体流动模拟的有限元设置，自然强制三重连接平衡，计算与流体，171103-121（2018）·Zbl 1410.76158号
[30] 科迪纳，R。；巴迪亚，S。；Baiges，J。；Principe，J.，计算流体动力学中的变分多尺度方法，（计算力学百科全书第二版（2018），威利在线图书馆），1-28
[31] Tezduyar，T.E.，用于移动边界和界面的有限元计算的界面跟踪和界面捕获技术，Comput。方法应用。机械。工程，195，23-24，2983-3000（2006）·Zbl 1176.76076号
[32] 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, 1, 201-225 (1981) ·Zbl 0462.76020号
[33] 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
[34] 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
[35] 科迪纳，R。；Soto，O.，基于稳定有限元方法和水平集技术的追踪双流体界面的数值模型，Internat。J.数字。《液体方法》，40，1-2，293-301（2002）·Zbl 1010.76053号
[36] 托恩伯格，A.-K。；Engquist，B.，多相流应用的基于有限元的水平集方法，计算。视觉。科学。，3, 1-2, 93-101 (2000) ·Zbl 1060.76578号
[37] Vollmer，J。；Mencl，R。；Mueller，H.，《含噪曲面网格的改进拉普拉斯平滑》（Computer Graphics Forum，Vol.18（1999），Wiley Online Library），131-138
[38] 休斯·T·J。；Feijóo，G.R。；Mazzei，L。；昆西，J.-B.，《变分多尺度方法——计算力学的范例》，《计算》。方法应用。机械。工程，166，1-2，3-24（1998）·Zbl 1017.65525号
[39] Codina，R.，广义定常不可压缩流动的稳定有限元方法，计算。方法应用。机械。工程，190，20-21，2681-2706（2001）·Zbl 0996.76045号
[40] 科迪纳，R。；Principe，J.，《热耦合不可压缩流动有限元近似中的动态子尺度》，国际期刊数值。方法流体，54，6-8，707-730（2007）·Zbl 1114.76041号
[41] 杜邦，T.F。；Liu，Y.，半拉格朗日格式的前后误差补偿和校正方法及其在水平集界面计算中的应用，数学。公司。，647-668 (2007) ·Zbl 1116.65100号
[42] 杜邦，T.F。；Liu，Y.，消除水平集函数梯度不均匀引起的误差的前后误差补偿和校正方法，J.Compute。物理。，190, 1, 311-324 (2003) ·Zbl 1031.65110号
[43] 特鲁希略，M.F。；Anumolu，L。；Ryddner，D.，平流作用下水平集梯度的畸变，J.Compute。物理。，334, 81-101 (2017) ·Zbl 1375.76199号
[44] Min，C.，关于重新初始化水平集函数，J.Compute。物理。，229, 8, 2764-2772 (2010) ·Zbl 1188.65122号
[45] Elias，R.N。；Martins，医学硕士。；Coutinho，A.L.，非结构化网格中基于简单有限元的距离函数计算，国际。J.数字。方法工程，72，9，1095-1110（2007）·兹比尔1194.65145
[46] 《GitHub上的奎托斯多物理》（2020），https://github.com/KratosMultiphysics/Kratos。访问时间：2020-01-03
[47] Dadvand，P。；罗西，R。；Oñate，E.，《为多学科应用开发有限元代码的面向对象环境》，Archieves Compute。方法工程，17/3，253-297（2010）·Zbl 1360.76130号
[48] Demidov，D.，Amgcl:一种高效、灵活和可扩展的代数多网格实现，Lobachevskii J.Math。，40, 5, 535-546 (2019) ·兹比尔1452.65426
[49] Löhner，R。；杨，C。；Oñate，E.，《自由表面剧烈运动的流动模拟》，《计算》。方法应用。机械。工程，195，41-43，5597-5620（2006）·Zbl 1122.76070号
[50] Elias，R.N。；Coutinho，A.L.，自由表面流动的稳定边缘有限元模拟，国际。J.数字。液体方法，54，6-8，965-993（2007）·Zbl 1258.76111号
[51] Lamb，H.，《流体动力学》（1932），剑桥大学出版社·传真：26.0868.02
[52] Hnat，J。；Buckmaster，J.，球形帽气泡和裙板形成，Phys。流体，19，2，182-194（1976）·Zbl 0319.76072号
[53] Gueyffer，D。；李，J。；纳迪姆，A。；斯卡多维利，R。；Zaleski，S.，三维流动中用平滑表面应力方法追踪流体体积界面，J.Compute。物理。，152, 2, 423-456 (1999) ·Zbl 0954.76063号
[54] Wang，Y。；西马基纳，S。；Sussman，M.，《不可压缩两相流的混合水平集体积约束方法》，J.Compute。物理。，231, 19, 6438-6471 (2012)
[55] 谢，B。；Jin，P。；Nakayama，H。；廖，S。；Xiao，F.，同位非结构网格上表面张力驱动多相流的保守解算器，J.Compute。物理。，401，第109025条pp.（2020）·Zbl 1453.76116号
[56] Ii、S。；杉山，K。；Takeuchi，S。；Takagi，S。；松本，Y。；Xiao，F.，一种具有连续函数的界面捕捉方法：具有多维重建的薄方法，J.Compute。物理。，231, 5, 2328-2358 (2012) ·Zbl 1427.76205号
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